Ледяные иглы: скульпторы каменных узоров в холодных ландшафтах
Ледяные иглы и лабиринтные камни
В холодных регионах по всему миру ученые наблюдали замысловатые узоры из камней и борозд, выгравированных на земле. Эти узоры, включая круги, ряды и завитки, образуются в результате перемещения камней, когда крошечные, нитевидные ледяные кристаллы, известные как ледяные иглы, выходят из промерзшей земли.
Когда ледяные иглы замерзают и оттаивают, они отодвигают гальку в сторону, постепенно формируя замысловатые формы. Эти узоры напоминают те, что встречаются в японских садах дзен.
Лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование
Исследователи давно предполагали, что ледяные кристаллические шипы могут перемещать почву и камни, образуя эти узоры, но это было подтверждено только недавно с помощью лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования.
В исследовании, опубликованном в Трудах Национальной академии наук, исследователи продемонстрировали, как ледяные иглы, протыкающие землю, могут постепенно перемещать камни и почву в геометрические и органические формы.
Образование ледяных игл
Ледяные иглы образуются, когда температура воздуха и температура влажной почвы различаются. Ночью некоторые типы почвы сжимаются по мере понижения температуры, вытягивая воду вверх и заставляя ее прилипать к стенкам узких пор в земле.
По мере того, как вода вытягивается из земли, холодный воздух замораживает ее, превращая в небольшие, острые, похожие на кристаллы структуры.
Создание узоров в лаборатории
Чтобы создать завитки и гребни в лабораторных условиях, исследователи поместили гальку на вершину сковороды, заполненной влажной мелкозернистой почвой. Затем они многократно замораживали и размораживали миниатюрный ландшафт, создавая различные условия для наблюдения за тем, как галька перемещается по мере таяния льда.
Когда влажная почва не была заморожена, но температура воздуха опускалась ниже нуля, ледяные булавки протыкали почву, как прорастающая трава. Иглы выросли в высоту на несколько сантиметров, приподняв гальку над землей. Когда температура повышалась, камни падали со льда и скатывались в сторону.
Со временем: образование каменных скоплений и узоров
Со временем процесс замерзания-оттаивания очищал участки обнаженной почвы, и в конечном итоге камни сдвигались в скопления, создавая более крупные узоры. На ровной поверхности камни образовывали головокружительные массивы завитков и петель, а на наклонной поверхности они образовывали аккуратные ряды.
Факторы, влияющие на формирование узоров
Скорость и форма узоров зависят от различных факторов, в том числе:
- Количество и плотность камней
- Влажность почвы
- Высота ледяных игл
- Уклон земли
Потенциальные марсианские узоры
Некоторые эксперты считают, что версия этих циклов замерзания-оттаивания могла создать узоры, наблюдаемые на поверхности Марса. Почва на Красной планете показала наличие крошечных ледяных кристаллов, и по мере нагревания почвы она может расширяться, а затем снова сжиматься, когда начинает остывать.
Хотя этот процесс на Марсе более тонкий, его может быть достаточно для перемещения гальки и пыли с течением времени.
Последствия для изменения климата
Результаты исследования демонстрируют эффективность объединения лабораторных экспериментов с компьютерным моделированием для понимания поведения естественных ландшафтов. Этот подход может привести к лучшему пониманию того, как это поведение может измениться по мере потепления климата.
Изучая формирование каменных узоров в холодных ландшафтах, исследователи могут получить представление о процессах, формирующих поверхность нашей планеты, и о потенциальном воздействии изменения климата.