冰針如何在冰凍景觀中編織石頭圖案

大自然充滿了重復(fù)的模式，這些模式是我們世界之美的一部分。一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)，包括華盛頓大學(xué)的一名研究人員，使用現(xiàn)代工具來解釋寒冷景觀中形成的石頭的重復(fù)模式。

這項(xiàng)于 10 月 5 日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的新研究使用實(shí)驗(yàn)工具來展示在凍土上隨機(jī)生長的冰針如何逐漸將巖石移動(dòng)成規(guī)則的、重復(fù)的模式。該團(tuán)隊(duì)主要位于中國和，結(jié)合新穎的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)建模，以新的理論見解來描述這些引人注目的特征。

共同作者、華盛頓大學(xué)地球與空間科學(xué)名譽(yù)教授、第四紀(jì)研究中心成員伯納德·哈萊特(Bernard Hallet)說：“這些在沒有人類干預(yù)的情況下形成的驚人模式在自然界中非常引人注目。”“這就像一個(gè)花園，但園丁在哪里?”

Hallet 專門研究在極地、高山和其他寒冷環(huán)境中形成的模式。圖案的原因之一是針冰。隨著溫度的下降，土壤中所含的水分會長成從地面伸出的冰晶尖峰。

“當(dāng)你在一個(gè)寒冷的夜晚后走出后院，感覺腳底有點(diǎn)緊縮時(shí)，你可能是在針冰上行走，”哈萊特說。

隨著針狀冰的形成，它往往會推起土壤顆粒，如果有的話，還會推起小石頭。Hallet 說，與巖石覆蓋的區(qū)域相比，在裸露的土壤上可以形成更多的針狀冰。冰針會稍微取代裸露區(qū)域的任何剩余石頭。多年來，石頭開始成群結(jié)塊，使裸露的斑塊基本上沒有石頭。

“這種選擇性生長涉及石頭大小、土壤中的水分和冰針生長之間的有趣反饋，”Hallet 說。

Hallet此前曾審閱過第一作者李安元的另一篇科學(xué)論文，李安元曾在紹興大學(xué)工作，現(xiàn)在在筑波大學(xué)工作。兩人開始合作，將 Hallet 長期研究自然界模式的專業(yè)知識與 Li 及其合作者在實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算機(jī)建模方面的背景相結(jié)合。

華東師范大學(xué)的資深作者Quan-Xing Liu通過田野調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)來理解自然界中的自組織模式。在這項(xiàng)研究中，實(shí)驗(yàn)裝置是一塊平坦的潮濕土壤，每邊 1 英尺多一點(diǎn)(0.4 米)，從表面均勻分布的石頭開始。研究人員通過 30 次凍融循環(huán)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。到那個(gè)時(shí)候結(jié)束時(shí)，規(guī)則的模式開始出現(xiàn)。

“這些視頻非常引人注目，它們表明冰剛剛升起，在一個(gè)循環(huán)中它會推起石頭并將它們稍微移動(dòng)到一邊，”Hallet 說。“由于這些實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)人員分析這些結(jié)果的能力，我們對這些特征有了更切實(shí)的、定量的描述。”

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