Блог

May 19, 2023

Тепловой экран для самого важного льда на Земле

Рэйчел Ридерер Ясным утром конца марта в сельской местности у озера Элмо.

Рэйчел Ридерер

Ясным утром в конце марта в сельской местности Лейк-Элмо, штат Миннесота, я следовал за двумя учеными-материаловедами, Тони Манзарой и Дугом Джонсоном, когда они спускались по зимнему холму за домом Манзары. Температура была под тридцать градусов; фут снега покрывал землю и почти невыносимо сверкал на солнце. Оба мужчины были в темных очках. «Тебе не нужна парка», — сказал мне Джонсон. «Но тебе нужны солнцезащитные очки — снежная слепота, понимаешь?» У подножия холма, миновав несколько индюшачьих троп, мы достигли круглого замерзшего пруда диаметром около ста футов. Манзара, общительный мужчина с густыми бровями, и Джонсон, жилистый лыжник с тихим голосом, уверенно ступили на лед.

Манзара и Джонсон хотели, чтобы я увидел место, где в серии экспериментов они показали, что можно замедлить ежегодное таяние пруда. Начиная с зимы 2012 года, работая с коллегой по имени Лесли Филд, они покрыли часть льда стеклянными микросферами или крошечными полыми пузырьками. В течение нескольких зим они продемонстрировали, что покрытый лед тает гораздо медленнее, чем голый лед. Множество научных инструментов объяснило, почему: сферы увеличивают альбедо льда, или часть солнечного света, которую лед отражает обратно к небу. (Яркие поверхности имеют тенденцию отражать свет; мы пользуемся преимуществом альбедо, что в переводе с латыни означает «белизна», когда носим белую одежду летом.)

На берегу пруда Манзара и Джонсон начали вспоминать. Первоначально они нанесли стеклянные пузыри на несколько квадратных участков замерзшего пруда, ожидая, что самый яркий лед продержится дольше. Но они обнаружили, что под замерзшей поверхностью пруда вода все еще циркулировала, стирая любую разницу температур между тестовой и контрольной секциями. В последующие годы они опустили стены из пластиковой пленки под поверхность пруда, и покрытый лед стал служить дольше. Сначала Джонсон вручную измерил толщину льда, надев гидрокостюм и снегоступы, обвязав веревку вокруг талии и выйдя на замерзшую поверхность с дрелью и измерительной рейкой; он испытал облегчение, когда они придумали, как вместо этого проводить измерения с помощью гидролокатора. Манзара направил мой взгляд на два дерева на противоположных берегах. «Здесь мы установили летающий альбедометр», — сказал он. Альбедометр измеряет отраженное излучение; их «пролетали» над озером на веревке, натянутой между двумя шкивами. К этому моменту я уже почти час смотрел на лед и снег, и мое зрение начало становиться пурпурно-розовым. Я сильно моргнул, когда мы направились внутрь.

Манзара, Джонсон и Филд хотят доказать, что тонкий слой светоотражающих материалов в нужных местах может помочь сохранить часть самого важного льда в мире. Климатологи сообщают, что полярные льды сжимаются, истончаются и ослабевают с каждым годом. Модели предсказывают, что Северный Ледовитый океан может освободиться ото льда летом к 2035 году. Тающий лед станет не просто жертвой изменения климата — он приведет к дальнейшему потеплению. Физика кажется почти зловещей: по сравнению с ярким льдом, который служит прохладным верхним слоем, изолирующим океан от солнечной радиации, темный, свободный ото льда океан будет поглощать гораздо больше тепла. Все это происходит под круглосуточным солнцем арктического лета. Но хрупкость Арктики действует в обе стороны: хотя регион нуждается в помощи, его экосистемы достаточно чувствительны, чтобы крупномасштабное вмешательство могло иметь непредвиденные последствия.

В тот же день Филд прибыла в дом Манзары из Калифорнии, где она руководит консалтинговой компанией в области микротехнологий и преподает в Стэнфорде курс по изменению климата, инженерному делу и предпринимательству. Как старый друг, она вошла и поздоровалась. Филд сделала свои волосы до плеч полностью серебристыми, «в знак солидарности с Арктикой», пошутила она; Когда мы сели вместе, стало очевидно, что всем троим ученым нравятся инженерные задачи: от применения стеклянных пузырей (вытрясти их из гигантских канистр? распылить из баллона под давлением?) до измерения их эффектов. Они изобретательная группа. И Джонсон, и Манзара были старшими научными сотрудниками компании 3M: Джонсон, физик, работал над современными материалами, такими как высокопроизводительный кабель передачи данных, для стабилизации электрических сетей; Манзара, химик-органик, занимался энергетическими материалами, производя ингредиенты для осветительных ракет и ракетного топлива. Филду принадлежит более шестидесяти патентов; Джонсону около двадцати; Манзара около двенадцати.