Iată cum acele de gheață sculptează modele în peisaje reci și stâncoase

Inele, dungi și vârtejuri îngrijite înfrumusețează multe peisaje reci și stâncoase. Deși aceste modele frumoase de piatră arată ca lucrări de artă realizate de om, toate sunt naturale. Oamenii de știință știu de mult că astfel de modele stâncoase rezultă din îngheț și dezgheț. Dar modul în care se dezvoltă a fost un mister – până acum.

Noi experimente dezvăluie că așa-numitele „ace de gheață” pot sorta și organiza rocile în mai multe modele, anunță Anyuan Li de la Universitatea din Tsukuba din Japonia și colegii săi. Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Frumusețea [our] experimentele este că puteți vedea de fapt informații directe despre modul în care se formează modelele”, spune Bernard Hallet de la Universitatea Washington din Seattle, care a studiat modelele naturale din rocile de suprafață din întreaga lume.

model peisaj cu dungi de zebră
La fel ca dungile de zebră, aceste creste sunt toate naturale. Au fost fotografiați de-a lungul unui versant superior al craterului vulcanic Haleakala de pe insula Hawaii Maui. Acest model s-a format deasupra suprafeței de pietriș, pe măsură ce acele de gheață au separat treptat pietrele de sol.B. Hallet

Cercetătorii au întins pietricele pe o tigaie care ține pământ umed, cu granulație fină, apoi au înghețat și au dezghețat acest mini-peisaj iar și iar. Când solul umed nu înghețase încă, dar temperatura aerului a scăzut sub punctul de îngheț, din sol au răsărit coloane minuscule, ca de ac, de gheață. Aceste ace de gheață, fiecare de până la câțiva centimetri înălțime, ridicau orice pietre deasupra lor. Când temperaturile au crescut din nou, gheața s-a prăbușit și pietrele au căzut. Deoarece acele de gheață se curbau pe măsură ce creșteau, pietrele aveau tendința să cadă de pe piedestalurile lor de gheață într-o parte.

Pe parcursul multor cicluri de îngheț-dezgheț, acele de gheață au curățat pete de sol expus. Deoarece acele s-au putut forma mai ușor în locurile în care erau mai puține pietre în cale, au curățat mai eficient orice pietricele rămase. Pietrele au fost amestecate treptat în grupuri între zonele fără pietre pentru a forma modele mai mari. Modelul care se construiește pe un peisaj „depinde puternic de acesta [local stone] concentrare”, spune coautorul studiului Quan-Xing Liu, un ecologist teoretic la Universitatea Normală din China de Est din Shanghai.

cercuri gravate în sol
Procesele de îngheț-dezgheț au creat aceste cercuri de piatră peste peisajul din Svalbard, Norvegia. Ele oferă un exemplu de design natural care nu este format din ace de gheață. Suprafața solului se umflă pe măsură ce îngheață în fiecare iarnă. De-a lungul a mii de ani, ciclurile de îngheț-dezgheț au sortat și au condus pietrele din sol până la suprafață, creând modelul aici. B. Hallet

În experimentele de laborator, echipa „a fost capabilă să obțină modele după 30 de cicluri de înghețare”, spune Hallet. Asta ar putea echivala cu 30 de nopți reci – sau 30 de ani, dacă fiecare îngheț ar dura o iarnă întreagă. În lumea reală, spune Hallet, unele modele ar putea dura „mii, dacă nu zeci de mii, de ani pentru a se forma”.

Folosind observațiile din experimentele lor pe sol, cercetătorii au construit o simulare pe computer a amenajării peisajului cu ac de gheață. Această simulare ar putea prezice mișcarea pietrei în mediul deschis într-o serie de condiții. Simularea a confirmat că rata de formare a modelului depindea, printre alți factori, de cât de densă era acoperirea de piatră. Formele și ratele de formare a modelelor au fost, de asemenea, legate de cât de umed era solul, de modul în care pământul a înclinat și de cât de înaltă au crescut acele de gheață.

Pe măsură ce un peisaj în miniatură realizat în laborator suferă multe cicluri de îngheț-dezgheț, acele de gheață se formează și se prăbușesc, amestecând treptat pietrele în ciorchini, formând un model mai mare.

„Vedem modele identice în diferite sisteme, cum ar fi fluidele”, spune Hallet despre formațiunile roci. Materialele cu caracteristici sau dimensiuni diferite încep adesea amestecate, dar nu rămân așa (SN: 22/04/21). Separarea fazelor este procesul care transformă aceste amestecuri în modele. Noul studiu este printre primele care arată modul în care separarea fazelor se aplică peisajelor.

Combinația de experimente și modelarea pe computer din acest studiu oferă o nouă modalitate de a conecta modul în care se formează peisajele naturale și modul în care se comportă materialele lor, spune Rachel Glade, geolog la Universitatea Rochester din New York, care nu a fost implicat în lucrare. Această abordare „este vitală pentru înțelegerea noastră a materialelor complexe”, adaugă ea, și ne-ar putea ajuta să înțelegem modul în care peisajele pot evolua diferit într-un climat în schimbare.