Labyrinthe aus Steinen in Spitzbergen, Norwegen. (Bernard Hallet/Universität Washington) In felsigen, frostigen Landschaften, Es können sich bestimmte Steinmuster bilden – Es ist, als hätten sie menschliche Hände geformt, aber ohne dass sich ein Gärtner in ihrer Nähe befindet. Eine neue Studie zeigt, wie diese Formationen entstehen können Nadeleis – Eisspitzen, die aus der Erde emporragen und sich mit Grundwasser bilden.
Die Forscher verwendeten eine Kombination aus Laborexperimenten und Computermodellen, um zu zeigen, wie Nadeleis kleine Steine und Bodenpartikel in Muster verschieben kann, indem es sie von unten drückt, um ihre Position leicht zu ändern.
Da sich Nadeleis eher auf kahlen Bodenflächen bildet und gedeiht, verfestigen sich die Steine in der Umgebung nach und nach in den Bereichen um diese Stellen herum – wodurch spektakuläre Muster entstehen, die sich über eine beträchtliche Distanz über die Landschaft von Norwegen bis Hawaii erstrecken können.
„Diese Art des selektiven Wachstums beinhaltet interessante Rückkopplungen zwischen der Größe der Steine, der Feuchtigkeit im Boden und dem Wachstum der Eisnadeln.“ sagt der Geologe Bernard Hallet von der University of Washington.
Diese Idee von Nadeleis erzeugt Muster aus Steinen reicht Jahrzehnte zurück , aber hier verwendeten die Forscher ihre eigenen Experimente, um zu sehen, wie die Formationen tatsächlich zusammenkamen, und entwickelten dann ein Computermodell, das denselben Prozess simulieren konnte.
Der Versuchsaufbau bestand aus einem flachen Quadrat aus feuchter Erde mit einer Größe von etwas mehr als 1 Fuß (0,3 Meter), auf dessen Oberfläche Steine gleichmäßig verteilt waren. Anschließend durchliefen die Forscher die Anlage 30 Gefrier-Tau-Zyklen, die den wechselnden Temperaturen von Tag und Nacht entsprachen.
Wie siehst du aus die resultierenden Videos (einschließlich des oben genannten) kann die Musterbildung ziemlich schnell und innerhalb der 30 Gefrier-Tau-Zyklen beginnen. Die Konzentration der Steine, die Neigung des Bodens und die Höhe der Eisnadeln beeinflussen alle die Bildung der Muster.
„Die Videos sind ziemlich beeindruckend und sie zeigen, dass das Eis einfach hochkommt und in einem einzigen Zyklus Steine nach oben drückt und sie leicht zur Seite schiebt.“ sagt Hallet . „Aufgrund dieser Experimente und der Fähigkeit der beteiligten Personen, diese Ergebnisse zu analysieren, verfügen wir über viel greifbarere, quantitative Beschreibungen dieser Merkmale.“
Die Forscher verknüpften ihre Studie auch mit Modellen von Phasentrennung – Das Konzept, dass zwei unterschiedliche Teile aus einem entstehen, kann bei der Analyse hilfreich sein Zellstruktur , Gravitationsflüssigkeiten , Ökosysteme , und mehr.
Auch dieses Forschungsgebiet geht über unseren eigenen Planeten hinaus: Auch Wissenschaftler arbeiten daran Analysieren Sie einige dieser Muster auf der Oberfläche gesehen Mars , die sowohl Aufschluss darüber geben kann, was sich an der Oberfläche befindet, als auch, was in der Marsumgebung passiert.
Zwei Computermodelle zur Vorhersage der Steinverteilung basierend auf der Anfangskonzentration. (Li et al., PNAS 2021)
Da Nadeleis und die Muster, die es erzeugt, so eng mit den lokalen Temperaturen verknüpft sind, glaubt das Team außerdem, dass die Verschiebung von Gesteinsformationen im Laufe der Zeit uns helfen könnte, zu verstehen, wie der Planet auf steigende Temperaturen reagiert.
„Unsere Studie hebt die Phasentrennungstheorie als Quelle wichtiger Erkenntnisse für die Untersuchung von Bodenmustern in kalten Regionen und ihren potenziellen Wert hervor, wenn es darum geht, wichtige Veränderungen der Bodenbedingungen mit dem sich erwärmenden Klima zu signalisieren“, schreiben die Forscher in ihrem veröffentlichtes Papier .
Die Forschung wurde veröffentlicht in PNAS .