氷の針：凍てついた風景の中の石模様の彫刻家
氷の針と迷路石
世界中の寒い地域では、科学者たちは地面に刻まれた複雑な石や溝のパターンを観察してきました。円、列、渦巻きを含むこれらのパターンは、氷の針と呼ばれる小さな糸のような氷の結晶が凍結した地面から現れるときに石が移動することによって形成されます。
氷の針が凍結したり解凍したりすると、小石を脇に押しやり、徐々に複雑な形を形成します。これらのパターンは、日本の禅庭園で見られるものとよく似ています。
研究室実験とコンピュータモデリング
研究者たちは長い間、氷の結晶のスパイクが土や岩を動かしてこれらのパターンを形成するのではないかと推測してきましたが、それが確認されたのはごく最近のことです。
米国科学アカデミー紀要に掲載された研究では、地面から突き出た氷の針が徐々に岩や土を幾何学的な有機的な形に移動させる仕組みを実証しました。
氷の針の形成
氷の針は、空気の温度と湿った土の温度が異なる場合に発生します。夜になると、一部の種類の土は温度が下がると収縮し、水を上方に引き上げて、地面の狭い孔の側面に付着させます。
水が地球から引き出されると、冷たい空気がそれを凍らせて、小さく鋭い結晶のような構造に変えます。
研究室でのパターンの作成
渦巻きや尾根を研究室で作成するため、研究者たちは湿った細かい土で満たされた鍋の上に小石を置きました。その後、彼らはミニチュアの風景を何度も何度も凍らせて解凍し、氷が溶けると小石がどのように移動するかを観察するためのさまざまな条件を作成しました。
湿った土は凍っていませんでしたが、空気の温度が氷点下に下がると、氷のピンが草が芽吹くように土から突き出てきました。針は数センチの高さになり、小石を地面から持ち上げました。温度が上がると、石は氷から落ち、横に転がりました。
長期的には：石の塊とパターンの形成
時間が経つにつれて、凍結融解プロセスにより露出した土のパッチが取り除かれ、最終的には石が塊に移動して、より大きなパターンが作成されました。平らな地面では、石は目も眩むような渦巻きやループの配列を形成しましたが、傾斜した地面では、整然とした列を形成しました。
パターン形成に影響を与える要素
パターンの速度と形状は、以下を含むさまざまな要因によって異なります。
- 石の数と密度
- 土壌水分
- 氷の針の高さ
- 地面の傾き
火星パターンの可能性
一部の専門家は、これらの凍結融解サイクルのバージョンが火星表面で観察されたパターンを作成した可能性があると考えています。赤い惑星の土壌には小さな氷の結晶の証拠があり、土壌が熱くなると膨張し、冷え始めると収縮する可能性があります。
火星でのプロセスはより微妙ですが、時間をかけて小石や塵を動かすのに十分かもしれません。
気候変動への影響
研究結果は、自然の風景の動きを理解するために、研究室実験とコンピュータモデリングを組み合わせることがいかに重要であるかを示しています。このアプローチは、これらの行動が気候が温暖化するにつれてどのように変化するかをよりよく理解することにつながる可能性があります。
凍てついた風景における石パターンの形成を研究することにより、研究者は私たちの惑星の表面を形成するプロセスと気候変動の潜在的な影響に関する洞察を得ることができます。
