Az orosz kutatók új számítógépes módszerrel tennék biztonságosabbá az arktiszi hajózást és a tengeri infrastruktúra tervezését: a Moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet, vagyis az MFTI szakemberei azt vizsgálják, miként lehet ultrahangos hullámokkal feltérképezni az arktiszi toroszok, vagyis jégtorlódások belső szerkezetét – írta az Izvesztyija. A módszer célja, hogy roncsolás nélkül mutassa meg, hol rejtőznek levegővel vagy vízzel telt üregek a jég belsejében.
A jéghegy láthatatlan része a veszélyesebb
Az arktiszi toroszok akkor alakulnak ki, amikor két jégtábla egymásnak ütközik, és az egyik jégréteg feltorlódik a másikra. A víz feletti rész csak a „vitorla”: a nagyobb tömeg a felszín alatt, úgynevezett „gerinc” vagy „kiel” formájában húzódik meg. Ez a víz alatti jégtömeg jelent komoly veszélyt a hajókra, a tengeri olaj- és gázplatformokra, valamint a víz alatti vezetékekre.
A probléma azért különösen fontos, mert az Arktisz gyorsan változik. A tengeri jég kiterjedése és szerkezete az elmúlt évtizedekben jelentősen átalakult, miközben az északi hajózási útvonalak, az energiaprojektek és a klímakutatási programok szerepe nő. A modern sarkvidéki előrejelzésekben ma már kiemelt kutatási irány a légkör, a hullámzás, az óceán és a tengeri jég kölcsönhatásának pontosabb megértése.
Ultrahangos „diagnózis” a jég belsejéről
Az MFTI kutatói szerint a jég nem homogén tömb. Repedések, eltérő sűrűségű rétegek, valamint vízzel vagy levegővel telt üregek szabdalhatják. Ezeket felszíni megfigyeléssel szinte lehetetlen pontosan azonosítani, ezért jöhet képbe az ultrahangos vizsgálat.
A módszer lényege hasonló ahhoz, ahogyan az orvosi ultrahang vagy az ipari roncsolásmentes anyagvizsgálat működik. Egy forrás akusztikus impulzust bocsát ki, a hullám áthalad a közegen, majd visszaverődik az eltérő fizikai tulajdonságú határfelületekről. A visszaérkező jelből következtetni lehet arra, mi van a jég belsejében, és az üregeket levegő, víz vagy más anyag tölti-e ki.
A feladat azonban matematikailag bonyolultabb, mint a hagyományos akusztikai vizsgálatoknál. A vízzel ellentétben a jég rugalmas testként viselkedik: nemcsak hosszanti, hanem nyíróhullámokat is továbbít. Ezért a kutatók úgynevezett rács-karakterisztikus módszert alkalmaztak, amely alkalmas a rugalmas testekben terjedő hullámok és a különböző anyaghatárok viselkedésének modellezésére. A kapcsolódó kutatásokban már korábban is használták ezt a módszert jéggerincek, vízzel és levegővel telt pórusok, illetve komplex határfelületek szimulációjára.
Digitális ikrek és mesterséges intelligencia
A fejlesztés egyik ígéretes iránya a toroszok digitális ikreinek létrehozása. A kutatók olyan számítógépes modelleket építenének, amelyek a szenzoradatok alapján rekonstruálják a jég belső szerkezetét. Ezekből tanítóadatok is készülhetnek neurális hálózatok számára, amelyek később valós terepi mérések alapján automatikusan felismerhetik a veszélyes jégszerkezeteket.
Elméletben ez a hajók fedélzeti érzékelőivel is összekapcsolható lenne: a rendszer előre jelezhetné, ha egy útvonalon olyan torosz található, amelynek víz alatti része vagy belső szerkezete különösen veszélyes. Ez azonban még nem kész navigációs technológia, inkább ígéretes kutatási és modellezési irány.
Nem azonnali áttörés, inkább klímakutatási eszköz
Az Izvesztyijának nyilatkozó szakértők is óvatosságra intettek. A módszer fizikailag megalapozott, de a gyakorlati alkalmazáshoz még meg kell oldani, hogyan lehet hatékonyan ultrahangot kibocsátani és érzékelni egy arktiszi jégmezőben. Más adottságokkal rendelkeznek például az antarktiszi jégformák is, így a technológiát nem lehet minden környezetben változtatás nélkül használni.
A fejlesztés ezért rövid távon valószínűleg nem a hajózás forradalmasítását hozza el, hanem a klímamonitoringban, a jégállapot hosszú távú megfigyelésében és a sarkvidéki mérnöki kockázatok felmérésében lehet fontos. Ha a módszer terepi körülmények között is beválik, pontosabb képet adhat arról, hogyan változik az arktiszi jég belső szerkezete – és ez a hajózás, az infrastruktúra-tervezés és a klímakutatás számára egyaránt értékes információ lehet.
