วงแหวน ลายทาง และเกลียวที่เรียบหรูช่วยประดับประดาภูมิบาคาร่าประเทศที่หนาวเย็นและเต็มไปด้วยหินมากมาย แม้ว่าลวดลายหินที่สวยงามเหล่านี้จะดูเหมือนงานศิลปะที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่ก็เป็นธรรมชาติทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์ทราบมานานแล้วว่ารูปแบบหินดังกล่าวเกิดจากการแช่แข็งและการละลาย แต่วิธีที่พวกเขาพัฒนานั้นช่างเป็นปริศนาจริงๆ จนถึงตอนนี้
การทดลองใหม่เปิดเผยว่า”เข็มน้ำแข็ง” สามารถจัดเรียงและจัดระเบียบหิน
ได้หลายรูปแบบ Anyuan Li จากมหาวิทยาลัย Tsukuba ในญี่ปุ่นและเพื่อนร่วมงานรายงานการดำเนินการ 5 ต.ค. ของ National Academy of Sciences
“ความสวยงามของการทดลอง [ของเรา] คือคุณสามารถเห็นข้อมูลโดยตรงว่ารูปแบบก่อตัวอย่างไร” เบอร์นาร์ด ฮัลเล็ตแห่งมหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิล ผู้ศึกษารูปแบบธรรมชาติในหินพื้นผิวทั่วโลกกล่าว
ลวดลายแนวนอนลายม้าลาย
เช่นเดียวกับลายทางม้าลาย สันเหล่านี้ล้วนเป็นธรรมชาติ พวกเขาถูกถ่ายภาพตามทางลาดด้านบนของปล่องภูเขาไฟ Haleakala บนเกาะ Maui ของฮาวาย รูปแบบนี้ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวกรวดในขณะที่เข็มน้ำแข็งค่อยๆ แยกหินออกจากดิน
ข. ฮัลเลต
นักวิจัยกระจายก้อนกรวดบนกระทะที่มีดินเนื้อละเอียดชื้น จากนั้นนำไปแช่แข็งและละลายภูมิทัศน์ขนาดเล็กนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีก เมื่อดินชื้นยังไม่แข็งตัว แต่อุณหภูมิของอากาศลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง น้ำแข็งก้อนเล็กๆ คล้ายเข็มพุ่งออกมาจากดิน เข็มน้ำแข็งเหล่านี้ สูงไม่เกินสองสามเซนติเมตร ยกก้อนหินขึ้นบนยอด เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอีกครั้ง น้ำแข็งก็ยุบตัวและก้อนหินก็ตกลงมา เนื่องจากเข็มน้ำแข็งโค้งเมื่อโตขึ้น หินจึงมีแนวโน้มที่จะตกลงมาจากแท่นน้ำแข็งที่ด้านหนึ่ง
ในรอบการแช่แข็งและละลายหลายครั้ง เข็มน้ำแข็งได้ขจัดคราบดินที่สัมผัสออก
เนื่องจากเข็มสามารถก่อตัวได้ง่ายกว่าในจุดที่มีก้อนหินน้อยขวางทาง พวกเขาจึงกำจัดก้อนกรวดที่เหลืออยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น หินค่อยๆ สับเป็นกระจุกระหว่างพื้นที่ที่ไม่มีหินเพื่อสร้างลวดลายที่ใหญ่ขึ้น รูปแบบที่สร้างจากภูมิประเทศ “ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของ [หินในท้องถิ่น] อย่างมาก” Quan-Xing Liu ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักนิเวศวิทยาเชิงทฤษฎีที่ East China Normal University ในเซี่ยงไฮ้กล่าว
วงกลมฝังอยู่ในดิน
กระบวนการแช่แข็งและละลายทำให้เกิดวงกลมหินเหล่านี้ทั่วทั้งภูมิประเทศในสฟาลบาร์ ประเทศนอร์เวย์ พวกเขาให้ตัวอย่างหนึ่งของการออกแบบตามธรรมชาติที่ไม่ได้เกิดขึ้นจากเข็มน้ำแข็ง ผิวดินจะนูนขึ้นเมื่อเย็นยะเยือกในแต่ละฤดูหนาว กว่าพันปี วัฏจักรการแช่แข็งและละลายได้แยกประเภทและขับหินในดินขึ้นสู่ผิวน้ำ ทำให้เกิดรูปแบบขึ้นที่นี่
ข. ฮัลเลต
ในการทดลองในห้องปฏิบัติการ ทีมงาน “สามารถรับรูปแบบได้หลังจากผ่านไป 30 รอบ” Hallet กล่าว นั่นอาจเท่ากับ 30 คืนที่หนาวเย็น หรือ 30 ปี หากการแช่แข็งแต่ละครั้งคงอยู่ตลอดฤดูหนาว ในโลกแห่งความเป็นจริง Hallet กล่าวว่ารูปแบบบางอย่างอาจใช้เวลา “หลายพันปีหากไม่ใช่หมื่นปี”
นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ของการจัดสวนด้วยเข็มน้ำแข็งโดยใช้การสังเกตจากการทดลองในดิน การจำลองนี้สามารถทำนายการเคลื่อนไหวของหินในสภาพแวดล้อมที่เปิดกว้างภายใต้เงื่อนไขต่างๆ การจำลองยืนยันว่าอัตราการเกิดลวดลายขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของหินที่ปกคลุม ท่ามกลางปัจจัยอื่นๆ รูปร่างและอัตราการก่อตัวของลวดลายยังสัมพันธ์กับความชื้นของดิน ความลาดเอียงของพื้นดิน และความสูงของเข็มน้ำแข็ง
เนื่องจากภูมิทัศน์ขนาดย่อมที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการต้องผ่านวงจรการแช่แข็งและละลายหลายครั้ง เข็มน้ำแข็งจึงก่อตัวและยุบตัวลง ค่อยๆ สับหินให้เป็นกระจุก เกิดเป็นลวดลายที่ใหญ่ขึ้น
“เราเห็นรูปแบบที่เหมือนกันในระบบต่างๆ เช่น ของเหลว” Hallet กล่าวถึงการก่อตัวของหิน วัสดุที่มีลักษณะหรือขนาดต่างกันมักจะเริ่มผสมกันทั้งหมดแต่อย่าเป็นอย่างนั้น ( SN: 4/22/21 ) การแยกเฟสเป็นกระบวนการที่แปรเปลี่ยนส่วนผสมเหล่านี้เป็นลวดลาย การศึกษาใหม่นี้เป็นหนึ่งในกลุ่มแรกที่แสดงให้เห็นว่าการแยกเฟสนำไปใช้กับภูมิประเทศอย่างไร
Rachel Glade นักธรณีวิทยาจาก University of Rochester ในนิวยอร์กซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานนี้กล่าวว่าการผสมผสานระหว่างการทดลองและการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ในการศึกษานี้เป็นวิธีการใหม่ในการเชื่อมต่อว่าภูมิทัศน์ธรรมชาติก่อตัวอย่างไรและวัสดุของพวกมันมีพฤติกรรมอย่างไร แนวทางนี้ “มีความสำคัญต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวัสดุที่ซับซ้อน” เธอกล่าวเสริม และอาจช่วยให้เราเข้าใจว่าภูมิทัศน์อาจมีวิวัฒนาการแตกต่างกันอย่างไรในสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงบาคาร่า
