Igły lodowe i kamienie labiryntu

W zimnych rejonach całego świata naukowcy zaobserwowali złożone wzory kamieni i rowków wyrytych w ziemi. Wzory te, w tym kręgi, rzędy i zawirowania, powstają w wyniku ruchu kamieni, gdy z zamarzniętej ziemi wyłaniają się maleńkie, nitkowate kryształki lodu, znane jako igły lodowe.

Gdy igły lodowe zamarzają i rozmrażają, odpychają żwir na bok, stopniowo tworząc skomplikowane kształty. Wzory te przypominają te, które można znaleźć w japońskich ogrodach zen.

Eksperymenty laboratoryjne i modelowanie komputerowe

Naukowcy od dawna przypuszczali, że kolce kryształów lodu mogą przemieszczać glebę i skały, tworząc te wzory, ale zostało to potwierdzone dopiero niedawno za pomocą eksperymentów laboratoryjnych i modelowania komputerowego.

W badaniu opublikowanym w Proceedings of the National Academy of Sciences naukowcy wykazali, jak igły lodowe wychodzące z ziemi mogą stopniowo przemieszczać skały i glebę w geometryczne i organiczne kształty.

Tworzenie igieł lodowych

Igły lodowe powstają, gdy temperatura powietrza i temperatura wilgotnej gleby są różne. W nocy niektóre rodzaje gleby kurczą się, gdy temperatura spada, wciągając wodę do góry i powodując, że przylega ona do ścian wąskich porów w ziemi.

Gdy woda jest wyciągana z ziemi, zimne powietrze ją zamraża, przekształcając ją w małe, ostre, krystaliczne struktury.

Tworzenie wzorów w laboratorium

Aby stworzyć zawirowania i grzbiety w warunkach laboratoryjnych, naukowcy umieścili kamyki na patelni wypełnionej wilgotną, drobnoziarnistą glebą. Następnie wielokrotnie zamrażali i rozmrażali miniaturowy krajobraz, tworząc różne warunki, aby obserwować, jak kamyki przemieszczają się, gdy lód topnieje.

Kiedy wilgotna gleba nie była zamarznięta, ale temperatura powietrza spadła poniżej zera, czubki lodu wystawały z gleby jak kiełkująca trawa. Igły urosły na kilka centymetrów, podnosząc kamyki z ziemi. Kiedy temperatura wzrosła, kamienie spadły z lodu i przewróciły się na bok.

Z czasem: tworzenie się skupisk kamieni i wzorów

Z biegiem czasu proces zamrażania i rozmrażania oczyścił łatki odsłoniętej gleby i ostatecznie kamienie przesunęły się do skupisk, tworząc większe wzory. Na płaskim terenie kamienie tworzyły oszałamiające serie zawirowań i pętli, natomiast na pochyłym terenie tworzyły równe rzędy.

Czynniki wpływające na powstawanie wzorów

Szybkość i kształt wzorów zależą od różnych czynników, w tym:

• Liczba i gęstość kamieni
• Wilgotność gleby
• Wysokość igieł lodowych
• Nachylenie podłoża

Potencjalne wzory marsjańskie

Niektórzy eksperci uważają, że wersja tych cykli zamrażania i rozmrażania mogła stworzyć wzory obserwowane na powierzchni Marsa. Gleba na Czerwonej Planecie wykazuje ślady maleńkich kryształów lodu, a gdy gleba się nagrzewa, może się rozszerzać, tylko po to, by ponownie się skurczyć, gdy zacznie stygnąć.

Chociaż proces na Marsie jest bardziej subtelny, może wystarczyć, aby z czasem przesunąć żwir i pył.

Implikacje dla zmian klimatu

Wyniki badań pokazują, jak ważne jest łączenie eksperymentów laboratoryjnych z modelowaniem komputerowym, aby zrozumieć zachowanie naturalnego krajobrazu. Podejście to może prowadzić do lepszego zrozumienia, w jaki sposób te zachowania mogą się zmieniać w miarę ocieplania się klimatu.

Badając powstawanie wzorów kamiennych w mroźnych krajobrazach, naukowcy mogą uzyskać wgląd w procesy kształtujące powierzchnię naszej planety i potencjalne skutki zmian klimatu.