Compreender como as rachaduras se propagam através do gelo é vital para vários campos, como ciência criosférica, engenharia e estudos de materiais. Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Dr. Takuya Ikeda da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) conduziu uma investigação experimental para decifrar as características fundamentais da fissuração em estruturas de gelo multicamadas. Suas descobertas, relatadas na revista Earth and Planetary Science Letters, fornecem insights sobre a natureza complexa da propagação de fissuras nesses sistemas e podem contribuir para o projeto de estruturas mais robustas em ambientes gelados.

A equipe de pesquisa desenvolveu uma configuração experimental única que lhes permitiu criar amostras bem definidas de múltiplas camadas de água líquida congelada, consistindo em camadas alternadas de gelo espessas (aproximadamente 3 mm) e finas (aproximadamente 0,5 mm). Ao empregar videografia de alta velocidade a 40.000 quadros por segundo, eles capturaram a evolução dinâmica das fissuras à medida que interagiam com essas estruturas de gelo multicamadas.

Os resultados revelaram um comportamento fascinante de propagação de fissuras em camadas de gelo espessas e finas. As fissuras apresentaram características distintas dependendo da camada que encontraram. Nas camadas espessas, as trincas se propagaram ao longo de um único plano, denominado “trinca principal”, que permaneceu estável. No entanto, ao encontrarem as camadas finas, as fissuras exibiram um comportamento de ramificação intrincado, desviando-se do plano original e seguindo caminhos complexos. Este padrão de ramificação foi observado principalmente na primeira camada fina encontrada pelo avanço da trinca.

A equipe atribui essas observações à diferença na resistência à fratura entre as camadas espessa e fina. A tenacidade à fratura é a resistência de um material à propagação de trincas, e as camadas espessas de gelo apresentaram resistência à fratura significativamente maior em comparação com as camadas finas. Essa diferença fez com que as fissuras se desviassem de seus caminhos retos nas camadas finas, levando ao comportamento de ramificação observado.

Além disso, os pesquisadores identificaram uma relação entre a proporção da espessura da camada de gelo espessa e fina e o início da ramificação. À medida que a proporção aumentava, a proporção crítica de espessura, além da qual ocorria a ramificação, também aumentava. Isto indica que à medida que as camadas espessas de gelo se tornam mais dominantes em relação às camadas finas, torna-se mais difícil para as fissuras se desviarem de um caminho reto.

Em conclusão, este estudo revela aspectos fundamentais da propagação de fissuras em estruturas de gelo multicamadas, capturando características únicas que surgem da interação entre as propriedades da camada e a dinâmica das fissuras. As descobertas não apenas contribuem para a compreensão teórica do comportamento das fissuras, mas também fornecem informações valiosas para práticas de engenharia em ambientes onde prevalecem condições geladas, como regiões polares, geleiras, espaçonaves e sistemas de armazenamento criogênico.