Тысячи ледяных иголок могут объяснить загадочные узоры на Земле и Марсе

Некоторые из самых захватывающих дух узоров дзен-садов на планете обязаны своим существованием необычному художнику: тысячам крошечных “ледяных иголок“. От завихрений до кругов и упорядоченных рядов - каждый изящный узор создается, когда камни одинакового размера скапливаются вместе на ландшафте.

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, впервые свидетельствует о том, как ледяные иглы создают замысловатые узоры на камнях в различных ландшафтах. Когда ледяные иглы замерзают, они толкают небольшие камни в ту или иную сторону. Со временем камни концентрируются в одном месте, образуя узор. По словам соавтора исследования Бернарда Халлета, геолога Вашингтонского университета, работа подтверждает более чем столетние научные предположения о взаимосвязи между ледяными иглами и каменными узорами. И это может пролить свет на происхождение еще более загадочного набора узоров, найденных на Марсе.

Иглы льда образуются, когда существует дисбаланс между температурой влажной почвы и температурой воздуха. Ночью некоторые виды грязи “выдыхают“, сокращаясь при понижении температуры. В то же время вода в почве вытягивается вверх за счет капиллярного действия, молекулы воды прилипают к стенкам очень узких пор в земле. Но когда эта вода поднимается и попадает в морозный воздух, она превращается в лед, превращаясь в кристаллическую игольчатую форму.

“Иногда они очень поразительны“, - сказал Халлет. “И они довольно распространены“. Если вы когда-нибудь ходили по “хрустящей“ земле рано утром, вы, вероятно, раздавили ледяные иглы, не осознавая этого. Долгое время ученые связывали эти крошечные ледяные скульптуры с замысловатыми узорами из линий и завихрений, которые иногда появляются на галечном грунте, как полосатые пейзажи вокруг вулканов Гавайев.

Чего они не знали, так это того, как лед мог проследить эти конструкции без какого-либо вмешательства со стороны живых существ. Итак, они начали расследование.

Исследователи покрыли плоский квадрат земли размером 40 на 40 см маленькими, равномерно расположенными камнями. Затем они прогнали этот кусок через 30 циклов замораживания-оттаивания, позволяя ледяным иголкам образовываться и таять. Медленно, почти незаметно поднимающиеся и падающие иголки отодвигали гальку в сторону из-за крошечных экологических дисбалансов, таких как наклон ландшафта. Поскольку куча камней тяжелее одиночной гальки, ледяные иглы не могут толкать камни, когда они достигают достаточно высокой концентрации. К концу своих экспериментов команда заметила, что начинают формироваться узоры, похожие на сады дзэн: камни с одной стороны и голая земля с другой. 

“Таким образом, тенденция к перемещению камней в каменистые владения очень и очень сильна“, - сказал Халлет. Камни на плоской земле имели тенденцию образовывать петли и завитки, в то время как камни на пологом склоне имели тенденцию собираться в ряды.

Не вся почва достаточно пористая, чтобы образовывать ледяные иглы; В целом, согласно исследованиям, опубликованным в журнале Arctic and Alpine Research, лучше всего подходят почвы с высоким содержанием ила или органического вещества. Точно так же не во всех климатах образуются игольчатые льды. Он образуется только в тех местах, где земля влажная, а воздух быстро остывает.

Эксперты полагают, что более тонкая версия этого цикла может лежать в основе закономерностей на Марсе, исследованных марсоходом НАСА Curiosity. По данным Космического центра Кеннеди НАСА, хотя в марсианской атмосфере очень мало воды, в почве Красной планеты есть некоторые признаки крошечных кристаллов льда. По мере того, как эта грязь нагревается, она немного расширяется, а при охлаждении снова сжимается.

Хотя этот процесс гораздо менее драматичен, чем ледяные иглы, отталкивающие камни, со временем он все же может вызывать смещение крошечных камешков и пыли. На Земле, сказал Халлет, тонкие узоры от таких мельчайших расширений и сжатий почвы могут остаться незамеченными. Но на Марсе, «поскольку здесь так мало происходит, кроме ветра, мы видим эти особенности». К сожалению, наука еще не обнаружила игл марсианского льда.