大自然充滿了重復(fù)的模式，這些模式是我們世界之美的一部分。一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)，包括華盛頓大學(xué)的一名研究人員，使用現(xiàn)代工具來(lái)解釋寒冷景觀中形成的石頭的重復(fù)模式。
這項(xiàng)于 10 月 5 日發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的新研究使用實(shí)驗(yàn)工具來(lái)展示在凍土上隨機(jī)生長(zhǎng)的冰針如何逐漸將巖石移動(dòng)成規(guī)則的、重復(fù)的模式。該團(tuán)隊(duì)主要位于中國(guó)和，結(jié)合新穎的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)建模，以新的理論見(jiàn)解來(lái)描述這些引人注目的特征。
共同作者、華盛頓大學(xué)地球與空間科學(xué)名譽(yù)教授、第四紀(jì)研究中心成員伯納德·哈萊特(Bernard Hallet)說(shuō)：“這些在沒(méi)有人類干預(yù)的情況下形成的驚人模式在自然界中非常引人注目。”“這就像一個(gè)花園，但園丁在哪里?”
Hallet 專門(mén)研究在極地、高山和其他寒冷環(huán)境中形成的模式。圖案的原因之一是針冰。隨著溫度的下降，土壤中所含的水分會(huì)長(zhǎng)成從地面伸出的冰晶尖峰。
“當(dāng)你在一個(gè)寒冷的夜晚后走出后院，感覺(jué)腳底有點(diǎn)緊縮時(shí)，你可能是在針冰上行走，”哈萊特說(shuō)。
隨著針狀冰的形成，它往往會(huì)推起土壤顆粒，如果有的話，還會(huì)推起小石頭。Hallet 說(shuō)，與巖石覆蓋的區(qū)域相比，在裸露的土壤上可以形成更多的針狀冰。冰針會(huì)稍微取代裸露區(qū)域的任何剩余石頭。多年來(lái)，石頭開(kāi)始成群結(jié)塊，使裸露的斑塊基本上沒(méi)有石頭。
“這種選擇性生長(zhǎng)涉及石頭大小、土壤中的水分和冰針生長(zhǎng)之間的有趣反饋，”Hallet 說(shuō)。
Hallet此前曾審閱過(guò)第一作者李安元的另一篇科學(xué)論文，李安元曾在紹興大學(xué)工作，現(xiàn)在在筑波大學(xué)工作。兩人開(kāi)始合作，將 Hallet 長(zhǎng)期研究自然界模式的專業(yè)知識(shí)與 Li 及其合作者在實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算機(jī)建模方面的背景相結(jié)合。
華東師范大學(xué)的資深作者Quan-Xing Liu通過(guò)田野調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)來(lái)理解自然界中的自組織模式。在這項(xiàng)研究中，實(shí)驗(yàn)裝置是一塊平坦的潮濕土壤，每邊 1 英尺多一點(diǎn)(0.4 米)，從表面均勻分布的石頭開(kāi)始。研究人員通過(guò) 30 次凍融循環(huán)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。到那個(gè)時(shí)候結(jié)束時(shí)，規(guī)則的模式開(kāi)始出現(xiàn)。
“這些視頻非常引人注目，它們表明冰剛剛升起，在一個(gè)循環(huán)中它會(huì)推起石頭并將它們稍微移動(dòng)到一邊，”Hallet 說(shuō)。“由于這些實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)人員分析這些結(jié)果的能力，我們對(duì)這些特征有了更切實(shí)的、定量的描述。”
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