نيكولاس تابيرليت / نيكولاس بليموث
في فصل الشتاء ، اذهب إلى البحر الصغير لبحيرة بايكال في روسيا ، وستجد ظاهرة غير عادية: صخرة مسطحة تشبه طبقة رقيقة من الجليد ، تشبه تكديس أحجار الزن الشائعة في الحدائق اليابانية. يشار إلى هذه الظاهرة أحيانًا باسم تكوين البيكربونات. التفسير الأكثر شيوعًا لكيفية حدوث هذه الأنماط هو أن الصخور تلتقط الضوء (والحرارة) من الشمس وتذيب الجليد حتى يدعم هضبة رقيقة. يتجمد الماء تحت الصخر ليلاً ، ويقال إن الرياح عامل.
الآن ، يعتقد اثنان من علماء الفيزياء الفرنسيين أنهما قد حلا لغز كيفية تشكل هذه الهياكل ، وفقًا لورقة بحثية جديدة نُشرت في عمليات الأكاديمية الوطنية للعلوم – ولا علاقة لحلهما بالتوصيل الحراري للحجر. على العكس من ذلك ، يرجع التكوين إلى حدث يسمى المكملات ، والتي من خلالها يتبخر الجليد أو الجليد مباشرة دون المرور عبر مستوى الماء. على وجه الخصوص ، يمنع الظل الذي يوفره الحجر معدلات التسامي للثلج المحيط في المنطقة المجاورة له ، بينما يضيء الثلج بمعدل أسرع.
تحدث العديد من هذه الأشكال بشكل طبيعي في الطبيعة هودوس (الهياكل الطويلة الحلزونية التي تتكون فوق الصخور الرسوبية على مدى ملايين السنين) ، صخور الفطر أو الركائز الصخرية (تآكل الأساس بفعل الرياح الترابية القوية) ، والجداول الجليدية (حجر كبير يجلس في وضع خطير فوق قاعدة ضيقة من الجليد). لكن الخوارزميات الأساسية التي ينشئونها مختلفة تمامًا.
على سبيل المثال ، مثل أبلغنا العام الماضي، قام فريق من علماء الرياضيات التطبيقية من جامعة نيويورك بدراسة ما يعرف باسم “الغابات الحجرية” الشائعة في أجزاء من الصين ومدغشقر. هذه التكوينات الصخرية الحادة مثل التكوينات الشهيرة غابة الحجر في مقاطعة يونان في الصين ، تتشكل تيارات الحمل الطبيعي نتيجة لانحلال المواد الصلبة إلى سوائل في وجود قوة الجاذبية.
تبدو هذه الغابة الحجرية متشابهة على السطح “.الكفارة“تشكلت أعمدة الجليد الجليدية في الهواء الجاف للأنهار الجليدية في جبال الأنديز. خلال رحلة في مارس 1835 ، شق سانتاجو طريقه من سانتياغو ، تشيلي ، عبر الأنهار الجليدية التي تغطيها الجبال الجليدية. مدينة ميندوزا ، الأرجنتين. انتهى بها علماء الفيزياء. إعادة إنشاء النسخ الاصطناعية من التائبين في المختبر. لكن المتبرعين والغابات الحجرية مختلفون تمامًا في الواقع من حيث الآليات التي تم إنشاؤها من خلالها. تم نحت حجر من بلاطات الغابة المسننة ، والتي لا تلعب دورًا رئيسيًا في تشكيل البينديكتس.
بعض الفيزيائيين مقترح أن يتوب متى تتشكل يبخر ضوء الشمس الجليد مباشرة (تسامي). تتشكل نتوءات وحفر صغيرة ، ويحتجز ضوء الشمس فيها ، مما يخلق حرارة إضافية لنحت خزانات أعمق ، وتعمل تلك الأسطح المنحنية كعدسات ، مما يزيد من تسريع عملية التسامي. أ خطة بديلة يضيف آلية إضافية لحساب الفاصل الثابت الغريب للمعلقات: الجمع بين انتشار البخار ونقل الحرارة يخلق تدرجًا أكثر انحدارًا في درجة الحرارة ، وبالتالي معدل تسامي أعلى.
نيكولاس تابيرليت / نيكولاس بليموث
يقول المؤلفان المشاركان نيكولاس تابيرليت ونيكولاس بليهان من CNRS في ليون بفرنسا ، في حالة أنظمة حجر بايكال زين ، تبدو العملية مشابهة لفرضية التسامي للمتبرعين. في وقت سابق من هذا الشهر ، هم نشرت دراسة ذات صلة إلى حد ما في رسائل المراجعة الفيزيائية حول التكوين الطبيعي لجداول الأنهار الجليدية (صخرة مدعومة بعمود رفيع من الجليد). لقد تمكنوا من إنشاء جداول جليدية صناعية صغيرة الحجم في بيئة خاضعة للرقابة ، ووجدوا تأثيرين متنافسين يقيدان تشكيل الجدول الجليدي.
مع أغطية حجرية صغيرة ذات موصلية حرارية عالية ، سوف يغرق الغطاء في الجليد بسبب التكبير الهندسي لتدفق الحرارة. بالنسبة لغطاء كبير ذي موصلية حرارية منخفضة ، ينشأ انخفاض تدفق الحرارة لأن درجة حرارة الغطاء أعلى من الجليد المحيط ، مما يؤدي إلى تكوين طاولة.
في هذه الدراسة الحديثة ، أراد Taberlet و Plymouth استكشاف الآليات الكامنة وراء التكوين الطبيعي لهياكل Bicol Zen. كتب المؤلفون: “إن عدم حدوث ذلك هو ندرة طبقات الجليد السميكة والمسطحة والخالية من الثلج والتي تتطلب طقسًا باردًا وجافًا لفترات طويلة”. “تُظهر سجلات الطقس أن ذوبان الجليد يكاد يكون مستحيلًا ، ولكن بدلاً من ذلك ، فإن الظروف الجوية (الهواء ودرجة الحرارة والرطوبة) مواتية للتسامي ، والتي عُرفت منذ فترة طويلة بأنها إحدى سمات بحيرة بايكال.”
لذلك حاول الباحثون إعادة إنتاج الحدث في المختبر لاختبار فرضيتهم. استخدموا الأقراص المعدنية كنظائر اختبار للأحجار ، ووضعوا الأقراص على سطح مكعبات الثلج في آلة التجفيف التجارية. تقوم الأداة بتجميد المادة ، ثم تقلل الضغط وتضيف الحرارة ، تاركة الماء المجمد عالياً. أدت الانعكاسية العالية للأقراص المعدنية مقارنة بالحجارة إلى جعل الأقراص تبدو أقل تسخينًا في غرف مجفف التجميد.
كائن فضائي
شكلت كل من أقراص الألمنيوم والنحاس جينات بيكول ، على الرغم من أن النحاس لديه أكثر من ضعف التوصيل الحراري للألمنيوم. لذلك ، خلص المؤلفون إلى أن الخصائص الحرارية للحجر لم تكن عاملاً رئيسياً في هذه العملية. كتب المؤلفون: “بعيدًا عن الحجر ، يتم التحكم في معدل التسامي بواسطة ضوء الشمس المنتشر ، بينما يثبط ظلها عملية التسامي في تكوينها”. “نظهر أن الحجر يعمل فقط كمظلة ، مما يمنع ظلها من التلاشي ، وبالتالي حماية الجليد الموجود في الأسفل ، مما يؤدي إلى تكوين القاعدة”.
تم تأكيد ذلك لاحقًا عن طريق محاكاة نمذجة الأرقام. وجد Taperlet و Blihan أن الانحدار ، أو الاكتئاب ، حول القاعدة كان نتيجة للأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الحجر (أو القرص) ، مما زاد من معدل التسامي الكلي في المنطقة المجاورة لها.
على الرغم من الشكل المتشابه للنظامين ، إلا أنه يختلف تمامًا عن العملية التي تؤدي إلى جداول الأنهار الجليدية. وفقًا لجدول الأنهار الجليدية ، فإن تأثير المظلة ليس سوى عامل ثانوي في الآلية الأساسية. كتب المؤلفون: “تذوب الأحوال الجوية بدلاً من الجليد عندما تظهر جداول الأنهار الجليدية على الأنهار الجليدية المنخفضة الارتفاع”. “تتشكل في الهواء الساخن ، بينما يكون الجليد عند درجة حرارة 0 مئوية ، بينما تتكون أحجار الزن في الهواء أبرد من الجليد.”
سيساعدنا فهم كيفية حدوث هذا التكوين بشكل طبيعي على معرفة المزيد عن الأجسام الأخرى في الكون ، حيث تسبب ذوبان الجليد في فرض عقوبات على بلوتو وأثر على تكوين الأشكال الأرضية على المريخ ، وبلوتو ، وسيروس ، وأقمار كوكب المشتري ، وأقمار زحل ، والمزيد. المذنبات. “في الواقع ، يهدف برنامج Europa Lander التابع لناسا إلى البحث عن التوقيعات البيولوجية على قمر المشتري المغطى بالثلوج.
DOI: PNAS ، 2021. 10.1073 / pnas.2109107118 (حول DOIs)
