Eisnadeln: Bildhauer von Steinmustern in gefrorenen Landschaften
Eisnadeln und Labyrinthsteine
In kalten Regionen auf der ganzen Welt haben Wissenschaftler komplexe Muster aus Steinen und Rillen beobachtet, die in den Boden geätzt sind. Diese Muster, darunter Kreise, Reihen und Wirbel, entstehen durch die Bewegung von Steinen, wenn winzige, fadenförmige Eiskristalle, sogenannte Eisnadeln, aus dem gefrorenen Boden auftauchen.
Wenn Eisnadeln gefrieren und tauen, schieben sie Kieselsteine zur Seite und bilden nach und nach die komplizierten Formen. Diese Muster erinnern an die in japanischen Zen-Gärten zu findenden.
Laborexperimente und Computermodellierung
Forscher haben lange spekuliert, dass Eiskristallspitzen Erde und Steine bewegen könnten, um diese Muster zu bilden, aber dies wurde erst vor kurzem durch Laborexperimente und Computermodellierung bestätigt.
In einer Studie, die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, zeigten Forscher, wie Eisnadeln, die durch den Boden stoßen, Steine und Erde allmählich in geometrische und organische Formen bewegen können.
Entstehung von Eisnadeln
Eisnadeln entstehen, wenn sich die Temperatur der Luft und die Temperatur des feuchten Bodens unterscheiden. Nachts ziehen sich einige Bodenarten bei sinkenden Temperaturen zusammen, wodurch Wasser nach oben gezogen wird und an den Seiten schmaler Poren im Boden haften bleibt.
Wenn das Wasser aus der Erde gezogen wird, gefriert es die kalte Luft und verwandelt es in kleine, scharfe, kristallartige Strukturen.
Erstellen von Mustern im Labor
Um die Wirbel und Grate im Labor zu erzeugen, legten die Forscher Kieselsteine auf eine mit feuchter, feinkörniger Erde gefüllte Pfanne. Anschließend froren und tauten sie die Miniaturlandschaft immer wieder auf und schufen unterschiedliche Bedingungen, um zu beobachten, wie sich die Kieselsteine bewegten, wenn das Eis schmolz.
Als der feuchte Boden nicht gefroren war, die Lufttemperatur aber unter den Gefrierpunkt sank, ragten Eisstifte wie sprießendes Gras durch den Boden. Die Nadeln wurden mehrere Zentimeter hoch und hoben die Kieselsteine vom Boden ab. Als die Temperatur erhöht wurde, fielen die Steine vom Eis und purzelten zur Seite.
Im Laufe der Zeit: Entstehung von Steinhaufen und Mustern
Im Laufe der Zeit räumte der Frost-Tau-Prozess Flecken freiliegenden Bodens auf, und schließlich schoben sich Steine zu Haufen zusammen und bildeten größere Muster. Auf flachem Boden bildeten die Steine schwindelerregende Formationen aus Wirbeln und Schlaufen, während sie auf abschüssigem Boden saubere Reihen bildeten.
Faktoren, die die Musterbildung beeinflussen
Die Geschwindigkeit und Form der Muster hängen von verschiedenen Faktoren ab, darunter:
- Anzahl und Dichte der Steine
- Bodenfeuchtigkeit
- Höhe der Eisnadeln
- Neigung des Bodens
Mögliche Marsmuster
Einige Experten glauben, dass eine Version dieser Frost-Tau-Zyklen Muster geschaffen haben könnte, die auf der Oberfläche des Mars beobachtet wurden. Der Boden auf dem Roten Planeten hat Spuren von winzigen Eiskristallen gezeigt, und wenn sich der Boden erwärmt, kann er sich ausdehnen, nur um sich wieder zusammenzuziehen, wenn er abzukühlen beginnt.
Obwohl der Prozess auf dem Mars subtiler ist, könnte er ausreichen, um Kieselsteine und Staub im Laufe der Zeit zu verschieben.
Auswirkungen auf den Klimawandel
Die Studienergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, Laborexperimente mit Computermodellierung zu kombinieren, um das Verhalten natürlicher Landschaften zu verstehen. Dieser Ansatz kann zu einem besseren Verständnis führen, wie sich dieses Verhalten ändern könnte, wenn sich das Klima erwärmt.
Durch die Untersuchung der Entstehung von Steinmustern in gefrorenen Landschaften können Forscher Erkenntnisse über die Prozesse gewinnen, die die Oberfläche unseres Planeten formen, und über die möglichen Auswirkungen des Klimawandels.