Тайна крутящихся дисков

Видеозапись с необычным природным феноменом последние дни кочует по многим американским СМИ. На ней автор, житель штата Мичиган Джеймсон Робинсон, с моста над рекой запечатлел странный ледяной круг, который медленно вращается на поверхности реки Пайн-Ривер. Робинсон направлялся на работу в минувшую пятницу, когда, проезжая по мосту, обратил внимание на необычное явление. Спустя два дня, в воскресенье, мужчина сообщил порталу MLive.com, что края диска примерзли к ледяному покрову реки и он больше не вращается,

однако теперь на мосту постоянно останавливаются люди в надежде лицезреть феномен.
Другое похожее видео, которое опубликовала даже газета Wall Street Journal, было снято 32-летней Кейлин Мессер на реке Сноквалми в штате Вашингтон.

Подобное явление на полузамерзших реках встречается не впервые. Так, в 2013 году кадры с аналогичным вращающимся диском распространило агентство Associated Press, аналогичные случаи не раз привлекали внимание СМИ и любителей непознанного, в том числе и в России. При этом часто причиной вращения ледяных дисков называлось течение воды в реках, в которых они наблюдались.

Впервые феномен был описан в научной литературе в 1997 году. Обычно диски имеют в диаметре от одного до ста метров, однако, наблюдая их в естественных водоемах, ученые заметили одну общую деталь: скорость вращения дисков не зависит от их размеров и обычно составляет примерно 1 угловой градус в секунду. Кроме того, искать другое объяснение явлению заставило то,

что вращение дисков наблюдается не только в реках, но и в стоячих водоемах.

Лишь в марте 2016 года ученые из Льежского университета (Бельгия) провели экспериментальное исследование, опубликованное в журнале Physical Review E, которое дало убедительное объяснение наблюдаемому явлению.

Для изучения феномена бельгийские ученые под руководством Стефани Дорболо собрали экспериментальную установку, представляющую собой термостабилизированный бак с неподвижной водой диаметром 30 и глубиной 15 см. На поверхность воды опускался заранее изготовленный в чашке Петри ледяной диск с небольшим шариком из никеля в центре. Шарик был необходим, чтобы при помощи магнита удерживать диск в центре бака, не касаясь его.

В экспериментах, при погружении диска в чуть более теплую воду с шариком и без, ученые замечали, что диск приходил в движение и начинал вращаться, подобно тому, как это наблюдается в реках. Однако сила, заставлявшая его вращаться, оставалась загадкой. Решение проблемы замаячило, когда ученые обнаружили, что скорость вращения диска растет с температурой воды, в которой плавает диск, — устойчивое вращение начиналось при температуре 5°C и выше и дальше росло почти линейно. Стало ясно, что вращение диска каким-то образом связано с аномалией плотности воды

— известно, что максимум плотности у нее достигается при температуре 4°C.

Ученые догадались, что при таянии льда под нижней поверхностью диска образуется нисходящий поток воды. Чтобы визуализировать движение воды под диском, физики добавили в нее флюоресцирующие частицы и стали подсвечивать их лазером. Выяснилось, что скорость потока воды при температуре в баке 20°C составляла 1 см/c на уровне 1,5 см от нижней поверхности диска. Однако анализ траекторий частиц выявил главное — талая вода опускалась вниз, закручиваясь воронкой, подобно тому, как это происходит в ванне или раковине. Исходя из полученных результатов физики дали такое объяснение феномену.

При таянии льда под диском образуется область пониженной температуры.

При температуре 4°C плотность воды достигает максимального значения, и вода начинает опускаться вниз, образуя воронку (вихрь), который заставляет за счет трения вращаться и сам диск.

В пользу этого объяснения говорит и тот факт, что вихрь и вращение диска не наблюдаются, если глубина воды слишком мала. Как бы то ни было, в феномене вращающихся ледяных дисков остается несколько неясностей. Главное — не понятно, как собственно образуются на реках столь правильные диски. Ученые высказывают две версии: либо диск образуется при слипании более мелких льдин, либо он образуется из крупной льдины по мере вращения и откалывания острых углов.