జ్ఞాపకశక్తి ఉన్న మంచు పలక

అంటార్కిటికా చుట్టూ, మంచు ఫలకం (ice sheet) తీరం వద్ద ఆగిపోదు. అది తేలియాడే వేదికలుగా — మంచు పలకలుగా (ice shelves) — సముద్రంపైకి ప్రవహిస్తుంది; సముద్రం వాటిని కింది నుంచి తినేస్తుంది. రచయితల ప్రకారం, పలుచనైన మంచు పలకలు వాటి వెనుక నేలపై ఉన్న మంచును సముద్రంలోకి మరింత వేగంగా జారనిచ్చి, సముద్ర మట్టం పెరుగుదలకు తోడ్పడగలవు.

మంచు పలక కింద ఉన్న ఖాళీ — దాని కుహరం (cavity) — దేనితో నిండి ఉందన్నదే అన్ని తేడాలనూ నిర్ణయిస్తుంది. కొన్ని కుహరాల్లో సుమారు −2 °C చల్లని నీరు ఉంటుంది (ఉప్పు నీరు 0 °C కంటే తక్కువలో గడ్డకడుతుంది), అది సముద్ర ఉపరితలంపై గడ్డకట్టే బిందువు వద్ద తయారవుతుంది: వాటి మంచు నెమ్మదిగా కరుగుతుంది. మరికొన్నింటిలోకి బహిరంగ సముద్రం నుంచి ప్రవహించే సుమారు 1 °C వెచ్చని లోతైన నీరు చొచ్చుకువస్తుంది: అక్కడ కరుగుదల వేగంగా ఉంటుంది. ఒక కుహరం చల్లని స్థితి నుంచి వెచ్చని స్థితికి, తిరిగి వెనక్కి మారగలదా అనేది చర్చనీయాంశం: కొన్ని అధ్యయనాలు అలాంటి మార్పులు శాశ్వతమని, మరికొన్ని తిరగబడగలవని కనుగొన్నాయి.

మంచు ముందుభాగంలోని ఉప్పు కర్మాగారం

చల్లని నీరు తీర పాలిన్యాల (coastal polynyas) నుంచి వస్తుంది: సముద్ర మంచు లేని, మంచు పలకకు సరిగ్గా ముందు ఉండే బహిరంగ సముద్రపు విస్తీర్ణాలు అవి. గాలులు సముద్ర మంచును తీరం నుంచి దూరంగా నెడతాయి, బహిర్గతమైన నీరు గడ్డకట్టే గాలికి వేడిని కోల్పోతుంది, అక్కడ కొత్త సముద్ర మంచు మరెక్కడా లేనంత వేగంగా ఏర్పడుతుంది. గడ్డకడుతున్న సముద్రపు నీరు తన ఉప్పును వెనుక వదిలేస్తుంది. ఉపరితల నీరు బరువెక్కుతుంది, ఇది తగినంత తీవ్రంగా ఉంటే, మునిగి సముద్రపు అడుగు వరకు నీటిని కలియబెడుతుంది: ఈ లోతైన సంవహనం (deep convection) చల్లని నీటిని కుహరంలోకి పంపుతుంది.

250 కిలోమీటర్ల కాలువలో ఒక నమూనా మంచు పలక

లియోన్, కాన్‌బెర్రాలకు చెందిన లూయీ సాదియే, సహచరులు ఏ నిజమైన మంచు పలకనూ నమూనాగా తీసుకోలేదు. NEMO సముద్ర కోడ్‌తో, వారు ఒక ఆదర్శీకృత (idealised) మంచు పలకను నిర్మించారు: 250 km పొడవు, 50 km వెడల్పు ఉన్న కాలువ, 600 m లోతున్న చదునైన సముద్ర అడుగు, తిన్నగా వాలిన అడుగుభాగం గల 100 km మంచు పలక, చివరి కొసన స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత, లవణీయత వద్ద ఉంచిన బహిరంగ సముద్రం. మంచుకు సరిగ్గా ముందు, సముద్ర ఉపరితలం ఉప్పును పొందుతుంది — పాలిన్యాను అనుకరిస్తూ. ఆ ఉప్పు ప్రవాహమే (salt flux) ప్రధాన నియంత్రకం.

సరళత సమయాన్ని ఆదా చేస్తుంది. వెచ్చని కుహరం నుంచి మొదలుపెట్టి, బృందం ఉప్పు ప్రవాహాన్ని ప్రతి 10 సంవత్సరాలకు చదరపు మీటరుకు సెకనుకు 0.005 గ్రాముల చొప్పున — రచయితల మార్పిడి ప్రకారం, ఏటా సుమారు 5 మీటర్ల కొత్త సముద్ర మంచు వదిలే ఉప్పు — సున్నా నుంచి 0.075 వరకు పెంచింది. చల్లని కుహరం నుంచి, అదే విధంగా తగ్గించింది. ప్రతి మార్గం 16 అడుగులు, 160 సిమ్యులేటెడ్ సంవత్సరాలను కవర్ చేస్తుంది. అత్యధిక విలువ ఉద్దేశపూర్వకంగా తీవ్రమైనది: రచయితలు ఉదహరించే అత్యంత చురుకైన పాలిన్యా, కేప్ డార్న్‌లీ, సుమారు 0.03 కు (ఏటా సుమారు 30 మీటర్ల సముద్ర మంచు) చేరుకుంటుంది.

ఒకే పాలిన్యా, రెండు సాధ్యమైన సముద్రాలు

తీరానికి దూరంగా ఉన్న లోతైన నీరు 0 °C లేదా అంతకంటే చల్లగా ఉన్నప్పుడు, కరుగుదల సజావుగా మారుతుంది, పైకి వెళ్ళే మార్గం కిందికి వచ్చే మార్గంతో సరిపోతుంది. 1 °C లేదా 2 °C వద్ద, కుహరం కొన్ని సంవత్సరాల్లోనే ఆకస్మికంగా మారుతుంది, రెండు మార్గాలు ఇక సరిపోవు:

• 1 °C వద్ద, ఉప్పు ప్రవాహం సుమారు 0.04 కు చేరుకోగానే వెచ్చని కుహరం చల్లగా మారుతుంది. ప్రవాహం సుమారు 0.02 కు — సగానికి — పడిపోయినప్పుడు మాత్రమే చల్లని కుహరం మళ్ళీ వెచ్చగా మారుతుంది.
• 2 °C వద్ద, చల్లదనానికి మార్పు సుమారు 0.06 వరకు ఆగుతుంది, తిరుగు మార్పు మాత్రం ఇంకా 0.02 దగ్గరే జరుగుతుంది. ఆ కిటికీ — రెండు స్థితుల్లో ఏదైనా నిలవగలిగే ఉప్పు ప్రవాహ పరిధి — వెడల్పవుతుంది.
• మధ్యలో, అదే పాలిన్యా ఏ స్థితినైనా నిలుపుకోగలదు; వెచ్చని స్థితిలో సగటు కరుగుదల రేటు అనేక రెట్లు ఎక్కువ. భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు దీన్ని ద్విస్థిరత్వం (bistability) అంటారు; తిరుగు మార్గం వెళ్ళే మార్గానికి భిన్నంగా ఉండటాన్ని హిస్టెరిసిస్ (hysteresis) అంటారు.

తలుపుకు తాళం వేసే కరిగిన నీరు

సముద్రం ఎందుకు గుర్తుంచుకుంటుంది? తన సొంత కరిగిన నీటి ద్వారా. వెచ్చని కుహరం చాలా మంచును కరిగిస్తుంది. తేలికైన, మంచినీరైన ఆ కరిగిన నీరు ఉపరితలం దగ్గర వ్యాపించి, పాలిన్యా నీరు మునగకుండా అడ్డుకుంటుంది; అందువల్ల ఉప్పు పెరుగుతున్నా కుహరం వెచ్చగానే ఉంటుంది. చల్లని కుహరం కొద్దిగా కరిగిస్తుంది, సంవహనం సులభంగా జరుగుతుంది, ఉప్పు తగ్గుతున్నా అది చల్లగానే ఉంటుంది.

ఈ ప్రతిపుష్టికి (feedback) ఒక ఉచ్చు అవసరం. నమూనాలో, ఒక గైర్ (gyre) — నెమ్మదిగా తిరిగే ప్రవాహం — కరిగిన నీటిని మంచు ముందు పట్టి ఉంచుతుంది. కాలువ పక్క గోడలను ఘర్షణ లేనివిగా చేస్తే, ఆ గైర్ స్థానంలో కరిగిన నీటిని బహిరంగ సముద్రానికి తీసుకుపోయే ఒకే పెద్ద గైర్ ఏర్పడుతుంది: మార్పు క్రమమైనదిగా, పూర్తిగా తిరగబడగలిగేదిగా మారుతుంది. తీరానికి దూరంగా ఉన్న సముద్రం మరింత బలంగా పొరలుగా ఉంటే కూడా కిటికీ కుంచించుకుపోయి, చివరకు మాయమవుతుంది. సమాంతర స్నిగ్ధతను (horizontal viscosity) — నమూనాకర్తలు కొద్ది పరిమితులతో నిర్ణయించే అంతర్గత ఘర్షణ — ఐదు రెట్లు పెంచినా, తగ్గించినా కిటికీ సన్నబడుతుంది. రచయితల ప్రకారం, గత అధ్యయనాలు ఎందుకు విభేదించాయో ఇది వివరించవచ్చు.

కరుగుదలను కాదు, థర్మోక్లైన్‌ను గమనించండి

ఈ మార్పుకు ఒక స్పష్టమైన సూచిక ఉంది: థర్మోక్లైన్ (thermocline), పైన కలియబెట్టబడిన చల్లని పొరకూ కింద ఉన్న వెచ్చని పొరకూ మధ్య సరిహద్దు. కలియబెట్టబడిన పొర సముద్ర అడుగును చేరుకున్న క్షణంలోనే కుహరం చల్లగా మారుతుంది, థర్మోక్లైన్ అడుగు నుంచి పైకి లేచినప్పుడు మళ్ళీ వెచ్చగా మారుతుంది. చల్లదనానికి మార్పుకు ముందు, థర్మోక్లైన్ లోతు మరింత మరింతగా ఊగిసలాడుతుంది; తిరిగి వెచ్చదనానికి మార్పుకు ముందు, వెచ్చని లోతైన నీరు మరింత తరచుగా లోపలికి జారుతుంది. కరుగుదల రేటు మాత్రం ఏ ఉపయోగకరమైన హెచ్చరికనూ ఇవ్వలేదు.

కరుగుదల రెండు నియమాలను కూడా పాటిస్తుంది: వెచ్చని స్థితిలో, తీరానికి దూరంగా ఉన్న నీరు స్థానిక గడ్డకట్టే బిందువు (−2.33 °C) కంటే ఎంత ఎక్కువగా ఉందో దాని సుమారు వర్గానికి, చల్లని స్థితిలో సాధారణ అనులోమానుపాతంలో. తీరానికి దూరంగా ఉన్న పరిస్థితుల నుంచి కరుగుదలను అంచనా వేయడానికి సాధారణంగా ఉపయోగించే వర్గ-నియమ సూత్రాలు ఎల్లప్పుడూ వర్తించకపోవచ్చు.

గాలి లేదు, నిజమైన సముద్ర అడుగు లేదు

ఈ కాలువ సముద్ర అడుగులోని లోయలను (troughs), గాలులను, సముద్ర మంచుతో అనుసంధానాన్ని, ఖండతీరపు అంచు (edge of the continental shelf) ను, పొరుగు మంచు పలకల నుంచి వచ్చే కరిగిన నీటిని వదిలేస్తుంది. పైన్ ఐలాండ్, అమెరీ, ఫిల్క్‌నర్ వంటి నిజమైన మంచు పలకల ముందుభాగాల దగ్గర గైర్‌లు ఉన్నాయని, అవి వాటిని తిరగబడలేని మార్పులకు మరింత గురయ్యేలా చేయవచ్చని రచయితలు పేర్కొన్నారు. నమూనాలో, పూర్తి మార్పుకు పదేళ్ళ అడుగులు సరిపోయాయి; నిజమైన కుహరానికి ఎంత సమయం పడుతుందో అధ్యయనం తేల్చకుండా వదిలేసింది.