Почему арктические почвы могут «сползать»

Медленно движущиеся арктические почвы формируют узоры, которые издалека напоминают структуры в обычных жидкостях, такие как подтёки краски или глазури на торте. Исследователи из Лос-Аламоса и их коллеги проанализировали существующие формы арктического грунта и сравнили их с вязкими жидкостями, установив, что существует физическое объяснение этого паттерна, общее для ландшафтов как Земли, так и Марса.

Изучение этого эффекта особенно важно для оценки реакции ландшафта на изменение климата и понимания накопления и высвобождения углерода в мерзлотных арктических ландшафтах. По мере таяния вечной мерзлоты в Арктике необходимо уметь прогнозировать и смягчать нестабильность склонов.

Ключевая особенность арктической почвы — её периодическое промерзание, что создает сложную смесь гранулированного материала, жидкости и льда. Движение грунта, называемое солифлюкцией, под действием уклонов и потепления формирует характерные пространственные узоры, наблюдаемые с воздуха. Вместо сплошного потока образуются пальцевидные «лопасти» почвы.

Вдохновившись неустойчивостями в жидкостях, команда разработала концептуальную модель почвенных узоров и использовала математический анализ для предсказания их длины волны. Учёные предполагают, что паттерны возникают из-за конкуренции между гравитацией и сцеплением («липкостью») частиц почвы. Сравнение теоретических прогнозов с данными по почвенным формам из Норвегии показало, что узоры контролируются как жидкостными свойствами, так и климатом.

Команда использовала высокодетальные топографические данные более чем по 3000 солифлюкционных лопастей на 25 участках в Норвегии. Масштабирование между длиной волны солифлюкции, уклоном, толщиной лопасти и углом её фронта в целом согласуется с теоретическим анализом.