Крижані голки: скульптори кам’яних візерунків у холодних ландшафтах
Крижані голки та лабіринтне каміння
У холодних регіонах по всьому світу вчені спостерігають хитромудрі візерунки каменів і канавок, витравлених у ґрунті. Ці візерунки, включно з колами, рядами і завитками, формуються рухом каменів, коли крихітні, ниткоподібні кристали льоду, відомі як крижані голки, виходять із мерзлого ґрунту.
Коли крижані голки замерзають і тануть, вони відштовхують гальку вбік, поступово формуючи хитромудрі форми. Ці візерунки нагадують ті, що можна знайти в японських дзен-садах.
Лабораторні експерименти та комп’ютерне моделювання
Дослідники давно припускали, що крижані кристалічні шпилі можуть переміщати ґрунт і каміння, щоб формувати ці візерунки, але це було підтверджено лише нещодавно в ході лабораторних експериментів і комп’ютерного моделювання.
У дослідженні, опублікованому в Proceedings of the National Academy of Sciences, дослідники продемонстрували, як крижані голки, що пробиваються крізь ґрунт, можуть поступово переміщати каміння і ґрунт у геометричні та органічні форми.
Формування крижаних голок
Крижані голки утворюються, коли температура повітря і температура вологого ґрунту відрізняються. Уночі деякі типи ґрунту стискаються зі зниженням температури, витягуючи воду вгору і змушуючи її прилипати до боків вузьких пір у ґрунті.
Коли вода витягується з землі, холодне повітря заморожує її, перетворюючи в маленькі, гострі, кристалоподібні структури.
Створення візерунків у лабораторних умовах
Щоб створити завихрення і гребені в лабораторних умовах, дослідники помістили гальку поверх каструлі, заповненої вологим дрібнозернистим ґрунтом. Потім вони неодноразово заморожували і розморожували мініатюрний ландшафт, створюючи різні умови, щоб спостерігати, як галька рухається зі зменшенням льоду.
Коли вологий ґрунт не був заморожений, але температура повітря опустилася нижче нуля, шпильки з льоду проткнули ґрунт, як проростаюча трава. Голки виросли заввишки в кілька сантиметрів, піднімаючи гальку з землі. При підвищенні температури камені падали з льоду і перекидалися набік.
З плином часу: утворення кам’яних скупчень і візерунків
Згодом процес заморожування-відтавання очистив ділянки відкритого ґрунту і зрештою каміння перетворилося в скупчення, створюючи більші візерунки. На рівній поверхні каміння утворювало запаморочливі масиви завитків і петель, а на похилій поверхні вони утворювали акуратні ряди.
Фактори, що впливають на формування візерунків
Швидкість і форма візерунків залежать від різних факторів, зокрема:
- Кількість і щільність каміння
- Вологість ґрунту
- Висота крижаних голок
- Нахил ґрунту
Потенційні візерунки на Марсі
Деякі експерти вважають, що версія цих циклів заморожування-відтавання могла створити візерунки, які спостерігаються на поверхні Марса. Ґрунт на Червоній планеті продемонстрував свідчення наявності крихітних крижаних кристалів, і в міру нагрівання ґрунту він може розширюватися, щоб знову стиснутися після початку його охолодження.
Хоча цей процес на Марсі більш тонкий, його може бути достатньо, щоб з часом перемістити гальку і пил.
Наслідки для зміни клімату
Результати дослідження демонструють силу поєднання лабораторних експериментів із комп’ютерним моделюванням для розуміння природної поведінки ландшафту. Цей підхід може привести до кращого розуміння того, як ця поведінка може змінитися зі зростанням температури.
Вивчаючи формування кам’яних візерунків у холодних ландшафтах, дослідники можуть отримати уявлення про процеси, що формують поверхню нашої планети, і про потенційний вплив зміни клімату.
