千千萬萬小“冰針“可能可以解釋地球上以及火星上的神秘石頭圖案

這些令人稱奇的圖案來自于一個看似不可能的設計師

由冰針創造的精美石頭圖案

在這個星球上，一些禅意花園的圖案美得讓人屏息，而它們的存在要歸功于一位讓人大跌眼鏡的設計師：千萬個小“冰針“。從渦流狀到圓形到整齊行列，每一處精緻的景觀設計都是由大小一緻的石頭聚攏創造而成。

發表于《美國國家科學院院刊》的新研究首次紀錄了這些冰針如何在不同的地貌上創造出精美繁複的圖案。當冰針結冰時，他們會把小石頭推到邊上或使石頭們彼此挨近。長此以往，這些石頭就聚集在同一片區域，形成一個圖案。這項研究的共同作者伯納德·哈萊——同時他也是華盛頓大學的地質學家——說到：這項紀錄證實了一個多世紀以來關于冰針和石頭圖案之間關系的推論。而且，這項研究還可能為那些更神秘的——在火星上發現的——圖案起源做出解釋。

當潮濕的土壤和空氣之間産生溫差時，冰針就會應運而生。在夜晚，一些特定類型的土壤就會“呼氣”以對應氣溫的降低；同時，土壤中的水分會由于毛細現象（水分子附着于地面極窄的毛孔中）而被向上拉，而當這些水分升至地面并遭遇冷空氣時，它們就會變成冰并形成針形冰晶。

“這些冰針有時候比較醒目”，哈萊告訴《生命科學》說到：“而且它們十分常見。”如果你曾在早上走過“松脆”的地面，那麼很有可能你在無意識情況下就已經踩碎了一些冰針。

很長一段時間裡，科學家們都将這些微型的冰雕和時不時出現在鵝卵石地面的線形和渦狀複雜圖案聯系起來，比如夏威夷火山周邊的條紋地貌。

濕潤多孔土壤形成的冰針（圖源：Quan-Xing Liu)

他們所不了解的是：冰究竟是如何在沒有任何活物的介入下勾勒出這些圖案的。于是他們開始了調查。

研究人員用大小相同的小石頭均勻地覆蓋在1平方英尺（1英尺約0.4米）的平整土壤上，然後他們對這塊實驗地進行了30輪冰凍-解凍操作，使得冰針可以形成和融化。由于環境的細微不平衡，比如斜坡，導緻這些起起落落的冰針慢慢地、幾乎無法被察覺到地将小石頭推到一邊。而由于一堆石頭比單個重得多，所以當石頭積累到一定的密度時，冰針就推不動了。到達實驗尾聲時，科研團隊發現類似禅意花園的圖案已經開始形成：一邊是石頭堆，而另一邊則空空如也。

左圖：挪威斯瓦爾巴特群島的土壤環。中圖：夏威夷莫納克亞火山的石頭行。格陵蘭島圖勒的未命名石頭條紋。

“所以這種将石頭移動成石頭圖案的趨勢是非常非常強烈的。”哈萊說到。平地上的石頭往往會形成環形和漩渦，而小幅斜坡上的石頭則比較容易組成行列的形式。

不是所有土壤都多孔到足以形成冰針。據發表于《北極與阿爾卑斯研究》雜志的研究稱，一般來說，富含流沙或有機物的土壤形成冰針的效果最好。類似地，不是所有氣候都能産生冰針，隻有那些土地濕潤的且空氣可以快速冷卻的地方才可以。

而對于由NASA（美國國家航空航天局）的火星探測器“好奇号”在火星上考察到的圖案，專家們認為其背後有一套更精妙的類似循環。但是據NASA的肯尼迪太空中心稱，火星大氣中的水分含量很低，這顆紅色星球的土壤中也沒有多少微型冰晶的迹象。當其上土壤升溫時，就會輕微地膨脹，隻有降溫時才會再次收縮。

火星上的一個石頭圈（圖源： NASA / JPL)

雖然這個過程遠不如冰針推石那般激烈，但日積月累中也可以使小石子和塵土産生位移。哈萊說到：在地球上，這種在像火星上如此微小的土壤膨脹和收縮過程中形成的精緻圖案可能并不會被注意到，但在火星上，“因為這裡除了風别無其它，所以我們能看到這種地貌。”

遺憾的是，迄今為止科學家們還未發現過任何火星冰針。

BY: Joanna Thompson

FY: 堅迪柏

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