
Природата е пълна с повтарящи се шарки, които са част от красотата на нашия свят. Международен екип с помощта на експериментални инструменти успява да обясни повтарящите се шарки от поредени камъни, които се образуват в студени терени.
Новото проучване, публикувано на 5 октомври в Proceedings of the National Academy of Sciences, показа как ледените игли, растящи на случаен принцип върху замръзнала земя, могат постепенно да преместват какъните в правилни, повтарящи се модели.
Екипът използва комбинация от нови експерименти и компютърно моделиране, за да опише тези поразителни характеристики с нови теоретични прозрения.
„Наличието на тези невероятни модели, които се развиват без никаква намеса от хората, е доста поразително по своята същност“, коментира съавторът Бернар Халет (Bernard Hallet), професор по науки за Земята от Вашингтонския университет. "Това е като японска градина, но къде е градинарят?"
Халет е специализиран в изучаването на моделите (патерните), които се формират в полярните райони, високопланинските и други студени среди. Една от причините за тези шарки са ледените игли. С понижаване на температурата съдържащата се в почвата влага прераства в шипове ледени кристали, които стърчат от земята.
„Когато излезете в задния двор след мразовита нощ и почувствате леко хрускане под крака, вероятно ходите по ледени игли“, обяснява Халет.
За да не става объркване с познатия ми скреж, ето как изглежда игленият лед:
Игленият лед се формира от отделни, неконсолидирани нишки. Кредит: Wikimedia Commons
Лабиринти от камъни в Свалбард, Норвегия. Шарките на лабиринта се образуват там, където камъните са на лек наклон. Новото изследване дава представа за това, как тези характеристики се формират в скалисти, склонни към замръзване терени. Кредит: Bernard Hallet/University of Washington
При образуването на игления лед той има тенденцията да изтласква почвените частици и ако има такива,и малки камъчета. Повече ледени игли може да се образуват върху петна от гола почва в сравнение с покритите със скали площи, обяснява Халет. Ледените игли леко ще изместят останалите камъни в голата област. С годините камъните започват да се струпват на групи, оставяйки оголените петна на практика без камъни.
"Този вид селективен растеж включва интересни ефекти между размера на камъните, влагата в почвата и растежа на ледените игли", разказва Халет.
Водещият автор Цюен-Син Лиу (Quan-Xing Liu) от Източнокитайския обикновен университет използва теренни и лабораторни експерименти, за да разбере самоорганизиращиите се модели в природата. За това изследване експерименталната инсталация представлява плосък квадрат от мокра почва със страни по около 40 см, който започва с камъни, разположени равномерно по повърхността. Изследователите провеждат експеримента през 30 цикъла на замразяване и размразяване. До края на експеримента започват да се появяват повтарящи се шарки.
Линии в Хавай. Повтарящите се цикли на замразяване и размразяване създават линии, когато камъните са на по-стръмно наклонена земя. Новото изследване дава представа за това как тези характеристики се формират в склонни към замръзване терени. Кредит: Bernard Hallet/University of Washington
„Видеоклиповете са доста впечатляващи и показват, че ледът просто се издига и в един цикъл избутва камъните и ги премества леко настрани“, разказва Халет. "Благодарение на тези експерименти и способностите на участниците в изследването да анализират тези резултати, имаме много по-осезаеми, количествени описания на тези характеристики".
По-нататъшни експерименти разглеждат как моделът се променя в зависимост от концентрацията на камъните, наклона на земята и височината на ледените игли, която също се влияе от концентрацията на камъните. Въз основа на тези резултати авторите са написали компютърен модел, който предсказва какви модели ще се появят в зависимост от концентрацията на камъни и наклона на замръзналите повърхности.
Два различни компютърни модела предвиждат дългосрочното разпределение на камъните върху замръзнала земя в зависимост от първоначалната концентрация на камъните. Лявата колона започва с 20% покритие от камъни, което създава острови, показани тук в бяло; средните редове имат 30% и 40% каменно покритие, което създава лабиринти и червеобразни форми, а четвъртата колона е 80% покритие от камък, което не дава шарки. Дясната колона показва 20% каменно покритие върху леко наклонена земя, камъните са склонни да образуват линии. Кредит: Li et al./PNAS
Справка: Anyuan Li et al, Ice needles weave patterns of stones in freezing landscapes, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2110670118
Източник: How 'ice needles' weave patterns of stones in frozen landscapes, Hannah Hickey, University of Washington
Още по темата

Физика
Физици създадоха невъзможни в природата течни форми - квадратни капчици и течни "кристални" решетки

Животът
Загадъчните кръгове в пустините са обяснени от теорията на Алън Тюринг отпреди 70 години

Животът
Една математическа игра обясни окраската на гущерите (видео)

Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
dolivo
Генетичен пробив в борбата със сърдечно-съдовите заболявания
швейк
Бабуините не се разпознават в огледало, но много други сухоземни и морски животни го правят
Chukan Kirilov
Вътрешното ядро на Земята неясно защо променя формата си
Chukan Kirilov
Океанската плоча между Арабската и Евразийската континентална плоча се откъсва