Крижані кола: Ідеальні обертові диски льоду в річках

Фізика чи магія? Наука, що стоїть за замерзлими дисками, які кидають виклик уяві

Прикрашаючи замерзлі поверхні річок у таких регіонах, як Скандинавія, Канада чи Росія, крижані кола виглядають як величезні білі вінілові платівки, що безшумно обертаються у воді. З діаметрами від кількох сантиметрів до понад 15 метрів, ці диски настільки геометрично досконалі, що часто викликають благоговіння у щасливих спостерігачів. Хоча вони виглядають створеними людиною, крижані кола є результатом делікатного балансу між гідродинамікою, температурою та безперервним рухом води.

1. Класична теорія: «Пастка» вихору

Протягом десятиліть вчені вважали, що крижані кола формуються виключно завдяки річковим течіям. Цей процес нагадує спосіб обробки шматка дерева на токарному верстаті.

• Створення вихору: Коли шматок льоду потрапляє у «вихор» — точку, де річкова течія утворює коло через перешкоду або поворот — він починає повільно обертатися.
• Обточування: Поки шматок льоду обертається, він тре об навколишній нерухомий лід або береги. Це безперервне тертя «згладжує» його кути, поступово перетворюючи його на ідеальне коло.
• Підтримка: Поки лід обертається, холодна вода, що проходить під ним, рівномірно замерзає по краях, зберігаючи круглу форму в міру зростання диска.

2. Нове відкриття: Обертання через температуру

У 2016 році команда дослідників з Льєзького університету спростувала ідею про те, що лише річкова течія може спричинити обертання. Вони виявили, що крижане коло може обертатися навіть у абсолютно нерухомій воді.

Фізика густини: Вода найгустіша при 4°C. Коли лід злегка тане знизу, він охолоджує воду безпосередньо під диском. Ця холодна вода опускається, створюючи вертикальну течію. Через силу Коріоліса або невеликі нерівності ця вода, що опускається, починає закручуватися, створюючи вихор, який затягує крижаний диск в обертання. Це пояснює, чому ми знаходимо крижані кола в озерах без видимих течій.

3. Феномен гігантського диска в Мені

Один із найвідоміших прикладів стався у 2019 році у Вестбруку, штат Мен, США. Гігантське крижане коло діаметром 90 метрів утворилося на річці Пресумпскот.

Цей диск став вірусним у всьому світі, обертаючись проти годинникової стрілки та ставши «зупинкою» для сотень птахів, які використовували його як плавучий острів. Його величезна маса та абсолютна округлість довели, що природа може створювати структури, схожі на механічні деталі міського масштабу.

4. Чому краї такі гладкі?

Секрет гладкої поверхні криється у терті та таненні.

• Тертя: Як шліфувальний круг, обертання змушує лід «стиратися» у виступаючих точках.
• Термічне обточування: Вода, що рухається навколо країв диска, трохи тепліша за сам лід. Цей рух рівномірно розтоплює периметр, забезпечуючи відсутність гострих кутів.

5. «Кола фей» та фольклор

До того як наука дала відповіді, крижані кола вважалися магічними знаками. У багатьох північних традиціях вірили, що це танцмайданчики для фей або водяних духів. Моторошна тиша, що супроводжує їхнє обертання в замерзлому пейзажі, абсолютно виправдовує ці міфи. Навіть сьогодні вигляд крижаного кола викликає відчуття спокою та «порядку» посеред хаотичного середовища річки.

6. Де і коли їх шукати?

Крижані кола ефемерні. Щоб їх побачити, вам потрібно:

1. Температура нижче нуля: Протягом кількох днів поспіль для утворення стабільного льоду.
2. Спокійна течія: Річки з повільною течією або озера з температурними відмінностями.
3. Ранкові години: До того як сонце почне топити крихкі краї диска.

Геометрія зими

Крижані кола — доказ того, що природа любить форми та правила навіть у холоді. Це поєднання випадку та фізики, де зламаний шматок льоду перетворюється на ідеальну геометричну форму. Вони нагадують нам, що під поверхнею замерзлої води невтомно працюють сили, «висікаючи» наш світ способами, які ми лише починаємо повністю розуміти.

Наступного разу, коли опинитеся біля замерзлої річки, погляньте на її вигини. Можливо, ви побачите один із «дисків природи», що виконує свій вічний, повільний танець.