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冰针如何在冰冻景观中编织石头图案

导读大自然充满了重复的模式,这些模式是我们世界之美的一部分。一个国际团队,包括华盛顿大学的一名研究人员,使用现代工具来解释寒冷景观中形

大自然充满了重复的模式,这些模式是我们世界之美的一部分。一个国际团队,包括华盛顿大学的一名研究人员,使用现代工具来解释寒冷景观中形成的石头的重复模式。

这项于 10 月 5 日发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究使用实验工具来展示在冻土上随机生长的冰针如何逐渐将岩石移动成规则的、重复的模式。该团队主要位于中国和,结合新颖的实验和计算机建模,以新的理论见解来描述这些引人注目的特征。

共同作者、华盛顿大学地球与空间科学名誉教授、第四纪研究中心成员伯纳德·哈莱特(Bernard Hallet)说:“这些在没有人类干预的情况下形成的惊人模式在自然界中非常引人注目。”“这就像一个花园,但园丁在哪里?”

Hallet 专门研究在极地、高山和其他寒冷环境中形成的模式。图案的原因之一是针冰。随着温度的下降,土壤中所含的水分会长成从地面伸出的冰晶尖峰。

“当你在一个寒冷的夜晚后走出后院,感觉脚底有点紧缩时,你可能是在针冰上行走,”哈莱特说。

随着针状冰的形成,它往往会推起土壤颗粒,如果有的话,还会推起小石头。Hallet 说,与岩石覆盖的区域相比,在裸露的土壤上可以形成更多的针状冰。冰针会稍微取代裸露区域的任何剩余石头。多年来,石头开始成群结块,使裸露的斑块基本上没有石头。

“这种选择性生长涉及石头大小、土壤中的水分和冰针生长之间的有趣反馈,”Hallet 说。

Hallet此前曾审阅过第一作者李安元的另一篇科学论文,李安元曾在绍兴大学工作,现在在筑波大学工作。两人开始合作,将 Hallet 长期研究自然界模式的专业知识与 Li 及其合作者在实验科学和计算机建模方面的背景相结合。

华东师范大学的资深作者Quan-Xing Liu通过田野调查和实验室实验来理解自然界中的自组织模式。在这项研究中,实验装置是一块平坦的潮湿土壤,每边 1 英尺多一点(0.4 米),从表面均匀分布的石头开始。研究人员通过 30 次冻融循环进行了实验。到那个时候结束时,规则的模式开始出现。

“这些视频非常引人注目,它们表明冰刚刚升起,在一个循环中它会推起石头并将它们稍微移动到一边,”Hallet 说。“由于这些实验以及相关人员分析这些结果的能力,我们对这些特征有了更切实的、定量的描述。”

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