Isnålar: Konstnärer bakom stenmönster i kalla landskap
Isnålar och labyrintskiffer
I kalla regioner runt om i världen har forskare observerat invecklade mönster av stenar och fåror etsade i marken. Dessa mönster, inklusive cirklar, rader och virvlar, formas av rörelsen av stenar när små, trådliknande iskristaller, kända som isnålar, växer fram ur den frusna marken.
När isnålar fryser och tinar, knuffar de småstenar åt sidan och formar gradvis invecklade former. Dessa mönster påminner om de som finns i japanska zen-trädgårdar.
Laborexperiment och datormodellering
Forskare har länge spekulerat i att iskristalltaggar skulle kunna flytta jord och stenar för att forma dessa mönster, men det är först nyligen som detta har bekräftats genom laboratorieexperiment och datormodellering.
I en studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences, demonstrerade forskare hur isnålar som sticker upp genom marken gradvis kan flytta stenar och jord till geometriska och organiska former.
Isnålsbildning
Isnålar utvecklas när temperaturen i luften och temperaturen i den fuktiga jorden är olika. På natten drar vissa jordtyper ihop sig när temperaturen sjunker, vilket drar upp vatten och får det att fastna på sidorna av smala porer i marken.
När vattnet dras ut ur jorden fryser den kalla luften det och förvandlar det till små, vassa, kristallliknande strukturer.
Att skapa mönster i labbet
För att skapa virvlar och åsar i en labbmiljö, placerade forskare småstenar ovanpå en behållare fylld med blöt, finkornig jord. Sedan frös och tinade de miniatyrlandskapet om och om igen, och skapade olika förhållanden för att observera hur småstenarna rörde sig när isen smälte.
När den våta jorden inte var frusen men lufttemperaturen sjönk under fryspunkten, stack isnålar upp genom jorden som spirande gräs. Nålarna växte flera centimeter höga och lyfte småstenarna från marken. När temperaturen höjdes föll stenarna av isen och rullade åt sidan.
Med tiden: Bildandet av stenkluster och mönster
Med tiden rensade frys-tinings-processen fläckar av exponerad jord, och så småningom försköts stenar till kluster och skapade större mönster. På plan mark bildade stenarna svindlande uppsättningar av virvlar och slingor, medan de på sluttande mark bildade prydliga rader.
Faktorer som påverkar mönsterbildning
Hastigheten och formen på mönstren beror på olika faktorer, inklusive:
- Antal och densitet av stenar
- Markfuktighet
- Isnålarnas höjd
- Markens lutning
Potentiella mönster på Mars
Vissa experter tror att en version av dessa frys-tinings-cykler kan ha skapat mönster som observerats på Mars yta. Jorden på den röda planeten har visat bevis på små iskristaller, och när jorden värms upp kan den expandera bara för att dra ihop sig igen när den börjar svalna.
Även om processen är mer subtil på Mars, kan den vara tillräcklig för att förskjuta småstenar och damm över tid.
Implikationer för klimatförändringar
Studieresultaten visar styrkan i att kombinera laboratorieexperiment med datormodellering för att förstå naturligt landskapsbeteende. Denna strategi kan leda till en bättre förståelse av hur dessa beteenden kan förändras när klimatet värms upp.
Genom att studera bildandet av stenmönster i kalla landskap kan forskare få insikter i de processer som formar vår planets yta och de potentiella effekterna av klimatförändringar.