Как «ледяные иглы» создают узоры из камней в замерзших ландшафтах

Международная группа исследователей, включая ученого из Вашингтонского университета, с помощью современных инструментов объяснила формирование повторяющихся узоров из камней в холодных ландшафтах. Исследование, опубликованное 5 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, как случайно растущие в промерзшей почве ледяные иглы постепенно перемещают камни, образуя упорядоченные, повторяющиеся структуры.

Это явление важно для понимания формирования узоров в природе без вмешательства человека, особенно в полярных регионах и высокогорьях. Причиной является игольчатый лед (needle ice). При понижении температуры влага в почве кристаллизуется в выступающие из земли ледяные шипы. Они приподнимают частицы почвы и мелкие камни. Поскольку лед активнее образуется на участках голой почвы, а не под камнями, он постепенно смещает камни на оголенных участках. За годы камни собираются в группы, оставляя между собой свободные от камней зоны.

«Эти эксперименты дали нам гораздо более осязаемые, количественные описания этих особенностей», — отметил соавтор работы Бернард Халлет. В лабораторных условиях ученые наблюдали за плоским квадратом влажной почвы со стороной около 0,4 метра, где камни изначально были равномерно распределены. После 30 циклов замерзания-оттаивания начали появляться регулярные узоры. На основе экспериментов, учитывавших концентрацию камней, уклон поверхности и высоту ледяных игл, был создан компьютерная модель, предсказывающая формирование таких узоров.