Finská Aalto univerzita má největší ledovou nádrž světa: Simuluje Arktidu pro bezpečnější lodě a větrné farmy

Aalto Ice and Wave Tank ve finském Espoo je největší ledová nádrž na světě s plochou 40 x 40 metrů. Od loňského roku je také jedinou širokou ledovou nádrží na světě schopnou generovat vícesměrná vlnová pole spolu s mořským ledem.

Aalto Ice and Wave Tank ve finském Espoo je největší ledová nádrž na světě s plochou 40 x 40 metrů. Od loňského roku je také jedinou širokou ledovou nádrží na světě schopnou generovat vícesměrná vlnová pole spolu s mořským ledem. Toto unikátní zařízení umožňuje vědcům provádět výzkum, který jinde není možný, a stává se stále naléhavějším s rostoucí aktivitou v arktických oblastech.

Profesor Arttu Polojärvi z Aalto University, který zde působí 20 let, vysvětluje, že led v nádrži se tvoří odshora dolů, na rozdíl od přírodního ledu. Speciální most stříká jemnou mlhu vody s etanolem, která zamrzá a vytváří tenkou vrstvu na povrchu. Tento proces se opakuje, dokud led nedosáhne požadované tloušťky, obvykle 2,5 až 7,5 centimetru. Teplota v místnosti se udržuje kolem -11 až -12 stupňů Celsia. Ethanol dodává vzduchu slabý zápach a pomáhá kontrolovat vlastnosti ledu. Experimenty se obvykle provádějí v měřítku 1:30 s modely lodí o objemu asi 5 litrů. Led je záměrně slabý, připomínající břečku, aby replikoval mechanické vlastnosti mořského ledu v plném měřítku, nikoli jeho absolutní tvrdost. Větší modely zajišťují spolehlivější výsledky pro reálné konstrukce.

Skutečný mořský led není homogenní, má rozdíly v salinitě a strukturální nečistoty, které nádrž nereplikuje. Vědci proto validují počítačové modely proti výsledkům z nádrže a poté do simulací zavádějí řízenou variabilitu. Nádrž také dokáže občas vytvářet ledové hřebeny, které vznikají při srážkách ledových polí. Každá ledová deska se tvoří celý den a testování probíhá následující den. Po testech se led roztaví a voda se recykluje. V zařízení nejsou okna, aby se zabránilo růstu řas ve vodě, což by zhoršilo viditelnost.

Většina lidí vnímá led jako překážku, která zvyšuje odpor lodí. V nejhorším případě se loď může zaseknout a být unášena ledem, což může vést k proražení trupu a velmi vážným následkům. Tank umožňuje testovat manévry lodí, včetně velkých zatáček a průjezdů kanály, což většina jiných ledových nádrží neumožňuje. Stále častěji se studují plavidla optimalizovaná pro otevřenou vodu, která se však dostávají do ledu, často s posádkami s omezenými zkušenostmi. Led se navíc mění v důsledku oteplování, jeho mechanické vlastnosti se posouvají způsoby, které ještě nejsou plně pochopeny.

Pro bezuhlíkové Finsko a další severské země je klíčové budovat offshore větrné elektrárny v zaledněných mořských oblastech. Tyto masivní, ale štíhlé konstrukce jsou extrémně zatěžovány mořským ledem. Výzkum v nádrži se zaměřuje na pochopení sil, které led vyvíjí, a jak reakce turbíny mění toto zatížení. Velké větrné farmy by také mohly měnit lokální dynamiku ledu, což je obava, kterou finský dopravní úřad vznesl před několika lety. Polojärviho tým vyvinul geofyzikální simulaci celého Baltského moře, aby modeloval tento problém a zjistil, jak skloubit výrobu větrné energie se zimní lodní dopravou, pro kterou zatím chybí legislativa. Vědci používají diskrétní elementové modelování k simulaci mořských oblastí o rozloze přibližně 100 x 100 kilometrů s rozlišením v řádu metrů, což umožňuje detailní studium chování mořského ledu. Výsledky těchto modelů jsou validovány daty z nádrže a poté použity k výzkumu podmínek a měřítek, které nádrž fyzicky nemůže reprodukovat.