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阿尔托大学的研究人员发现了强有力的证据表明暖冰，即温度非常接近零摄氏度的冰可能会破裂的那种在实验室或自然界中研究的冰是不同的。 发表在《冰冻圈》上的一项新研究对这一现象进行了仔细研究，该研究是在阿尔托校区世界上最大的室内冰槽中进行的。

了解冰层是如何破裂的，对于确保在凉爽气候下安全的港口和桥梁以及通过历史上受灾最严重的冰冻地区的运输至关重要。随着全球变暖使曾经可预测的季节性条件发生变化，支持基础设施项目的规则正在跨越国界和大陆进行测试。

“我们需要研究暖冰，因为这是我们在自然界中看到的；全球变暖正在发生。”该论文的第一作者、阿尔托大学的博士生 Iman El Gharamti 说：“当冰是温暖的，而不是我们传统研究的寒冷。冰的机械特性及其对力的反应可能有着根本的不同。”

为了研究温暖的冰如何对重复的力做出反应，在该领域称为周期性机械载荷，模拟自然条件，该团队使用了阿尔托大学的冰罐。这个宽 40 米、长 40 米、深 2.8 米的盆地被认为是世界上最大的此类盆地。

液压加载装置悬挂在小车的挂钩上，小车可上下左右移动。在这张图片中，它位于所研究的 3x6 米冰层的左下角。阿尔托大学的冰罐被认为是世界上同类设备中最大的。

一般情况下，冰裂纹的研究规模很小，通常只有10-20厘米长，温度在负10摄氏度以下。在这项研究中，研究团队使用了 3 x 6 米的淡水冰片，厚度超过一英尺。他们还精确地控制了周围空气的温度。在冻结方面，冰是温暖的 -0.3 摄氏度。

团队通过液压装载装置，在冰面上进行了多轮装载和卸载。目前该领域的理解表明，冰将表现出粘弹性恢复——与即时弹性响应分开，这是一种时间相关的延迟弹性响应——至少告诉设备在两个负载之间施加足够的力，然后才能完全分裂冰.然而，在提供的条件下，冰的表现出乎意料：它表现出一些弹性恢复，但根本没有显着的粘弹性恢复。事实上，冰是永久变形的。

偏振光使每个冰粒清晰可见，使研究人员能够看到裂缝的去向。结果表明，裂纹穿透晶粒而不是沿晶界。

“我们通常在机械载荷之间看到的是冰正在恢复，即反弹回其正常的形成状态，直到我们故意施加如此大的力才能使其永久破裂。在我们的研究表明，每次加载后冰的变形变得越来越大，但我们没有发现明显的延迟弹性恢复，”El Gharamti 解释说。

主要影响因素似乎是冰的温度。这项研究首次表明，暖冰的行为可能与通常研究的冷冰有着根本的不同。

“冰不表现出延迟的弹性响应这一事实不符合我们对冰如何响应重复力的传统理解。”阿尔托大学固体力学教授 Jukka Tuhkuri 说：“我们认为这是因为冰粒子在温暖时的行为不同，我们仍然需要做更多的研究来找出原因。”

因为像五大湖或波罗的海这样的东西 - 世界上最繁忙的海洋地区之一 像这样的寒冷地区预计会变得越来越暖和，Tuhkuri 说重要的是要了解温暖的冰。

“以前对波罗的海破冰船的长期冰负荷测量表明，令人惊讶的是，最大的冰负荷发生在春天，当时天气变暖。如果我们的船舶和基础设施，如桥梁和风力涡轮机，是为相当可预测的季节而设计的，所以我们需要知道当全球变暖带来新的条件时会发生什么。似乎旧规则可能站不住脚。”

文章来源：《固体力学学报》 网址: http://www.gtlxxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0816/670.html

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