تزين الحلقات والمخططات والدوامات الأنيقة العديد من المناظر الطبيعية الصخرية الباردة. تبدو هذه الأنماط الحجرية الجميلة مثل أعمال الفنانين البشريين. ولكن كل ما تفعله الطبيعة الأم. لطالما عرف العلماء أن مثل هذه الأنماط الصخرية ناتجة عن التجمد والذوبان. ومع ذلك ، فإن كيفية تطورها بالتحديد كانت لغزا - حتى الآن.
كشفت دراسة جديدة أن ما يسمى بـ "إبر الجليد" يمكنها فرز وتنظيم الصخور في أي من الأنماط العديدة. وصف فريق بحث دولي الآن كيف تقوم إبر الجليد بهذا النحت. تظهر النتائج التي توصلوا إليها في 5 أكتوبر وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
"يكمن جمال تجارب [الجديدة] في أنه يمكنك في الواقع رؤية معلومات مباشرة حول كيفية تشكل الأنماط ،" يلاحظ برنارد هاليت. يعمل في جامعة واشنطن في سياتل. طوال حياته المهنية الطويلة ، أجرى أبحاثًا عن أنماط مصنوعة بشكل طبيعي في الصخور السطحية في جميع أنحاء العالم.
قاد عمل فريقه الباحثان أنيوان لي ، الموجود الآن في جامعة تسوكوبا في اليابان ، وكوان شينغ ليو في جامعة إيست تشاينا نورمال في شنغهاي. في التجارب المعملية ، نشر الباحثون الحصى فوق وعاء يحتوي على تربة رطبة دقيقة الحبيبات. بعد ذلك ، مع تدحرج الكاميرات ، جمد الفريق وقام بإذابة تجميد هذا المشهد المصغر مرارًا وتكرارًا.
تتكون إبر الجليد عندما لا تتجمد التربة الرطبة بعد ولكن تنخفض درجة حرارة الهواء إلى ما دون درجة التجمد. كما هو متوقع ، نمت إبر الجليد وانهارت في المختبر مع كل دورة تجميد وأذابة.
تنحني تلك الإبر مع ارتفاعها. يقول هاليت إن هذا لم يتم تصويره من قبل. لكنها أثبتت أهميتها. ويوضح أن هذا التقويس "يساعد في فصل المواد الخشنة عن الناعمة". وهذا حرك الحصى إلى جانب واحد. بعد عدة دورات ، قامت العملية بمسح البقع ، وفضح الأرض العارية. بعد ذلك ، تطورت إبر الجليد في كثير من الأحيان في هذه البقع العارية.
نقلت الإبر المزيد من الحصى المتبقية بعيدًا عن البقع العارية في كل دورة تجميد-تذويب. وصف ليو ، عالم البيئة ، هذه العملية بأنها حلقة تغذية مرتدة وقال إنها كانت إحدى النتائج الرئيسية التي توصل إليها فريقه. يقول إن النمط الذي يعتمد على منظر طبيعي "يعتمد بشدة على تركيزه [الحجر المحلي]".
استخدم فريقه الملاحظات من دراسات التربة في المختبر لبناء نموذج حاسوبي. لقد استخدموا برنامج الكمبيوتر هذا للتنبؤ بحركة الحجر في البيئة المفتوحة في ظل مجموعة من الظروف المختلفة. أكد هذا النموذج أن معدل تشكيل النمط يعتمد على أشياء مثل مدى كثافة الغطاء الحجري. يرتبط المعدل والأشكال التي تتشكل أيضًا بمدى رطوبة التربة وكيف تنحدر الأرض وطول نمو إبر الجليد.
يقول هاليت:"كان Anyuan Li قادرًا على الحصول على أنماط بعد 30 دورة تجميد". يمكن أن يعادل ذلك 30 ليلة باردة - أو 30 عامًا إذا استمر كل تجمد شتاءًا كاملاً. في الواقع ، كما يقول هاليت ، قد يستغرق تشكيل بعض الأنماط "آلاف ، إن لم يكن عشرات الآلاف ، من السنين". لا يمكن لأي إنسان أن يلاحظ مباشرة مثل هذا الخياطة البطيئة للمناظر الطبيعية.
لهذا السبب أطلق فريق Li على تجربته اسم "آلة الزمن حيث يمكنهم الضغط على زر التقديم السريع."
ما أظهرته الدراسات المعملية
في الطبيعة ، يمكن أن يشكل الجليد أعمدة صغيرة تشبه الإبرة. العلماء يعرفون ذلك بالفعل. في مختبرهم ، نمت كل إبرة حتى يصل ارتفاعها إلى بضعة سنتيمترات (ربما بوصة). مع ارتفاع درجات الحرارة ، انهارت الإبر. في كل مرة يعاد تشكيلها ، ترفع إبر الجليد أي حجارة فوقها. عندما انهار الجليد ، سقطت الحجارة من تلك الركائز الجليدية وإلى الجانب.
تخلق الطبيعة أنماطًا في كل شيء من النباتات والغيوم إلى السوائل. يقول هاليت:"نرى أنماطًا متطابقة [للتكوينات الصخرية] في أنظمة مختلفة ، مثل السوائل". تبدأ المواد ذات الخصائص أو الأحجام المختلفة مختلطة معًا. يقول إن عملية تسمى فصل الطور يمكن أن تحول هذه الخلطات إلى أنماط.
الدراسة الجديدة هي من بين أولى الدراسات التي توضح كيفية تطبيق فصل الطور على المناظر الطبيعية. أظهرت مجموعة لي أن تأثير إبر الجليد فصل مرحلتين - الصخور الخشنة من التربة الدقيقة. الظروف المتغيرة ، مثل درجة الحرارة ، نقلت تلك الصخور إلى أنماط مميزة.
توفر مجموعة التجارب والرياضيات والنمذجة الحاسوبية التي أجرتها مجموعة لي طريقة جديدة لربط كيفية تشكل المناظر الطبيعية وسلوك موادها ، كما تقول راشيل جليد. إنها عالمة جيولوجيا تدرس تشكيل المناظر الطبيعية في جامعة روتشستر في نيويورك. على الرغم من أنها تدرس تربة القطب الشمالي ، إلا أنها لم تكن جزءًا من هذه الدراسة.
وتضيف أن نوع التفكير وراء الدراسة الجديدة "حيوي لفهمنا للمواد المعقدة". على هذا النحو ، كما يقول جليد ، يمكن أن يساعدنا هذا النهج في فهم كيفية تطور المناظر الطبيعية بشكل مختلف في مناخ متغير.
