Οι φυσικοί μπορεί να έχουν σπάσει την υπόθεση των λίθων «Ζεν» που έχουν ισορροπηθεί σε βάσεις πάγου.

Μεγέθυνση / Εργαστηριακή αναπαραγωγή του φαινομένου πέτρας Ζεν σε στεγνωτήριο ψύξης.

Nicolas Taberlet / Nicolas Plihon

Επισκεφθείτε τη μικρή θάλασσα της λίμνης Βαϊκάλης στη Ρωσία κατά τη διάρκεια του χειμώνα και πιθανότατα θα δείτε ένα ασυνήθιστο φαινόμενο: έναν επίπεδο βράχο ισορροπημένο σε ένα λεπτό πλίνθο πάγου, παρόμοιο με μια στοίβα από πέτρες Ζεν που είναι συνηθισμένοι στους ιαπωνικούς κήπους. Το φαινόμενο μερικές φορές αναφέρεται ως εκπαίδευση Baikal Zen. Η τυπική εξήγηση για το πώς συμβαίνουν αυτοί οι σχηματισμοί είναι ότι ο βράχος παίρνει φως (και θερμότητα) από τον Sunλιο και αυτό λιώνει τον πάγο από κάτω μέχρι να παραμείνει μόνο ένα λεπτό βάθρο για να το στηρίξει. Το νερό κάτω από τον βράχο αναψυχτεί τη νύχτα και έχει προταθεί ότι ο άνεμος μπορεί επίσης να είναι ένας παράγοντας.

Τώρα, δύο Γάλλοι φυσικοί πιστεύουν ότι έχουν λύσει το μυστήριο για το πώς σχηματίστηκαν αυτές οι δομές, σύμφωνα με ένα νέο άρθρο που δημοσιεύτηκε στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών – και η λύση τους δεν έχει καμία σχέση με τη θερμική αγωγή της πέτρας. Αντίθετα, αποδίδουν το σχηματισμό σε ένα φαινόμενο γνωστό ως εξάχνωση, όπου το χιόνι ή ο πάγος εξατμίζονται απευθείας στους ατμούς χωρίς να περάσουν από μια υδατική φάση. Συγκεκριμένα, η σκιά που ρίχνει η πέτρα εμποδίζει τους ρυθμούς εξάχνωσης του περιβάλλοντος πάγου στην περιοχή του, ενώ ο πιο μακρινός πάγος εξαχνώνεται με ταχύτερο ρυθμό.

Πολλοί παρόμοιοι σχηματισμοί εμφανίζονται φυσικά στη φύση, όπως π.χ. κουκουλοφόροι (ψηλές, νηματοειδείς δομές που σχηματίζονται για εκατομμύρια χρόνια σε ιζηματογενή βράχο), βράχια μανιταριών ή υπόστρωμα (η βάση έχει διαβρωθεί από ισχυρούς σκονισμένους ανέμους) και τραπέζια παγετώνων (μια μεγάλη πέτρα που κάθεται επισφαλώς πάνω από ένα στενό παγωτό). Αλλά οι υποκείμενοι μηχανισμοί με τους οποίους σχηματίζονται μπορεί να είναι πολύ διαφορετικοί.

Για παράδειγμα, όπως αναφέραμε πέρυσι, μια ομάδα εφαρμοσμένων μαθηματικών από το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης μελέτησε τα κοινά «πέτρινα δάση» σε περιοχές της Κίνας και της Μαδαγασκάρης. Αυτοί οι αιχμηροί βραχώδεις σχηματισμοί, όπως οι διάσημοι Πέτρινο δάσος στην κινεζική επαρχία Γιουνάν, είναι το αποτέλεσμα της διάλυσης των στερεών σε υγρά παρουσία βαρύτητας, η οποία παράγει φυσικές μεταγωγικές ροές.

READ  Μη χάσετε το Strawberry Moon - Το τελευταίο σούπερ φεγγάρι του 2021

Στην επιφάνεια, αυτά τα πέτρινα δάση μοιάζουν πολύ “μετανοούντες“: χιονισμένοι πυλώνες πάγου που σχηματίζονται σε πολύ ξηρό αέρα βρέθηκαν ψηλά στους παγετώνες των Άνδεων. Ο Κάρολος Δαρβίνος περιέγραψε τους μετανοούντες το 1839 σε μια εκδρομή τον Μάρτιο του 1835 κατά τη διάρκεια του οποίου πέρασε από χιονοπέδια καλυμμένα με μετανοούντες στο δρόμο από το Σαντιάγο της Χιλής. , στην Αργεντινή πόλη Μεντόζα. αναδημιουργώ τεχνητές εκδόσεις μετανοούντων στο εργαστήριο. Αλλά οι μετανοούντες και τα πέτρινα δάση είναι στην πραγματικότητα αρκετά διαφορετικά όσον αφορά τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στον σχηματισμό τους. Τα σημεία ενός πέτρινου δάσους είναι χαραγμένα από ροές, οι οποίες δεν παίζουν μεγάλο ρόλο στην εκπαίδευση των μετανοούντων.

Κάποιοι φυσικοί προτείνεται ότι οι μετανοούντες μορφή όταν το ηλιακό φως εξατμίζει το χιόνι απευθείας στους ατμούς (εξάχνωση). Μικροσκοπικές κορυφογραμμές και γούρνες σχηματίζονται και το φως του ήλιου παγιδεύεται μέσα τους, δημιουργώντας πρόσθετη θερμότητα που σκάβει ακόμα βαθύτερες γούρνες, και αυτές οι καμπύλες επιφάνειες με τη σειρά τους λειτουργούν σαν φακός, επιταχύνοντας ακόμη περισσότερο τη διαδικασία εξάχνωσης. ένα εναλλακτική πρόταση προσθέτει έναν πρόσθετο μηχανισμό για να ληφθεί υπόψη η περίεργα περιοδική σταθερή απόσταση των μετανοούντων: ένας συνδυασμός διάχυσης ατμού και μεταφοράς θερμότητας που παράγει μια απότομη κλίση θερμοκρασίας και, συνεπώς, υψηλότερο ρυθμό εξάχνωσης.

Πέτρες Ζεν στη φύση, στη Μικρή Θάλασσα της λίμνης Βαϊκάλης (α, β).  στο εργαστήριο (γ) ·  και σε αριθμητικές προσομοιώσεις (δ).  (α) Φωτογραφία τραβηγμένη από τον Ο. Ζήμα.  (β) Φωτογραφία τραβηγμένη από τον A. Yanarev.
Μεγέθυνση / Πέτρες Ζεν στη φύση, στη Μικρή Θάλασσα της λίμνης Βαϊκάλης (α, β). στο εργαστήριο (γ) · και σε αριθμητικές προσομοιώσεις (δ). (α) Φωτογραφία τραβηγμένη από τον Ο. Ζήμα. (β) Φωτογραφία τραβηγμένη από τον A. Yanarev.

Nicolas Taberlet / Nicolas Plihon

Στην περίπτωση των ροκ σχηματισμών Baikal Zen, η διαδικασία φαίνεται παρόμοια με την υπόθεση εξάχνωσης για τους μετανοημένους, σύμφωνα με τους συν-συγγραφείς Nicolas Taberlet και Nicolas Plihon από το CNRS στη Λυών της Γαλλίας. Νωρίτερα αυτό το μήνα, αυτοί δημοσίευσε μια κάπως σχετική μελέτη στο Physical Review Letters για τον φυσικό σχηματισμό των παγετώνων (ένας βράχος που υποστηρίζεται από μια λεπτή στήλη πάγου). Ταν σε θέση να παράγουν μικρής κλίμακας τεχνητά τραπέζια πάγου σε ελεγχόμενο περιβάλλον και ανακάλυψαν δύο ανταγωνιστικά αποτελέσματα που ελέγχουν την έναρξη του σχηματισμού τραπεζιού πάγου.

READ  Οι επιστήμονες εντοπίζουν νέα λουλούδια στο δάσος που υπήρχαν πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια

Με μικρότερα πέτρινα καλύμματα με υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα, η γεωμετρική ενίσχυση της ροής θερμότητας προκαλεί το καπάκι να βυθιστεί στον πάγο. Για ένα μεγαλύτερο καπάκι με λιγότερη θερμική αγωγιμότητα, μια μείωση της ροής θερμότητας προέρχεται από το γεγονός ότι το καπάκι έχει υψηλότερη θερμοκρασία από τον περιβάλλοντα πάγο, σχηματίζοντας ένα τραπέζι.

Για αυτήν την τελευταία μελέτη, οι Taberlet και Plihon ήθελαν να διερευνήσουν τους μηχανισμούς που βρίσκονται κάτω από τον φυσικό σχηματισμό των δομών του Baikal Zen. «Η σπανιότητα του φαινομένου προέρχεται από την έλλειψη παχιών, επίπεδων, χωρίς χιόνι φύλλων πάγου, που απαιτούν μακροχρόνιες κρύες και ξηρές καιρικές συνθήκες», έγραψαν οι συγγραφείς. «Τα μετεωρολογικά αρχεία δείχνουν ότι το λιώσιμο πάγου είναι ουσιαστικά αδύνατο και ότι, αντίθετα, οι καιρικές συνθήκες (άνεμος, θερμοκρασία και σχετική υγρασία) ευνοούν την εξάχνωση, γνωστή από παλιά ως χαρακτηριστική της περιοχής της λίμνης Βαϊκάλης».

Οι ερευνητές λοιπόν προσπάθησαν να αναπαράγουν το φαινόμενο στο εργαστήριο για να ελέγξουν την υπόθεσή τους. Χρησιμοποίησαν μεταλλικούς δίσκους ως πειραματικά ανάλογα πέτρας, τοποθετώντας τους δίσκους στην επιφάνεια των μπλοκ πάγου σε ένα εμπορικό στεγνωτήριο ψύξης. Το όργανο παγώνει το υλικό, στη συνέχεια μειώνει την πίεση και προσθέτει θερμότητα, έτσι ώστε το παγωμένο νερό να εξαχνώνεται. Η υψηλότερη ανακλαστικότητα των μεταλλικών δίσκων σε σύγκριση με τις πέτρες εμπόδισε τους δίσκους να υπερθερμανθούν στους θαλάμους ψύξης-στεγνώματος.

Εξωγήινος

Τόσο οι δίσκοι αλουμινίου όσο και ο χαλκός παρήγαγαν τους σχηματισμούς Baikal Zen, αν και ο χαλκός έχει σχεδόν διπλάσια θερμική αγωγιμότητα από το αλουμίνιο. Οι συγγραφείς κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι, επομένως, οι θερμικές ιδιότητες της πέτρας δεν ήταν καθοριστικός παράγοντας στη διαδικασία. «Μακριά από την πέτρα, ο ρυθμός εξάχνωσης διέπεται από το διάχυτο ηλιακό φως, ενώ κοντά, η σκιά που δημιουργεί εμποδίζει τη διαδικασία εξάχνωσης», έγραψαν οι συγγραφείς. «Δείχνουμε ότι η πέτρα λειτουργεί μόνο ως ομπρέλα, η σκιά της οποίας παρεμβαίνει στην εξάχνωση, προστατεύοντας έτσι τον πάγο από κάτω, που οδηγεί στο σχηματισμό του πλίνθου».

READ  Δύο δορυφόροι της NASA συνεργάζονται για να συλλάβουν τη γαλαξιακή σύντηξη

Αυτό επιβεβαιώθηκε στη συνέχεια με αριθμητικές προσομοιώσεις μοντελοποίησης. Οι Taberlet και Plihon διαπίστωσαν επίσης ότι το κοίλο, ή βαθούλωμα, που περιβάλλει το βάθρο είναι αποτέλεσμα της πολύ υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπει η ίδια η πέτρα (ή ο δίσκος), η οποία βελτιώνει το συνολικό ρυθμό εξάχνωσης εκεί κοντά.

Αυτό είναι αρκετά διαφορετικό από τη διαδικασία που οδηγεί στους πάγους, παρά το παρόμοιο σχήμα των δύο σχηματισμών. Στην περίπτωση των τραπεζιών πάγου, το φαινόμενο ομπρέλας είναι μόνο ένας δευτερεύων παράγοντας στον υποκείμενο μηχανισμό. «Οι παγετώνες εμφανίζονται σε παγετώνες χαμηλότερου υψομέτρου όταν οι καιρικές συνθήκες λιώνουν τον πάγο αντί να τον εξάχνουν», έγραψαν οι συγγραφείς. “Σχηματίζονται σε ζεστό αέρα ενώ ο πάγος παραμένει στους 0 βαθμούς Κελσίου, ενώ οι πέτρες Ζεν σχηματίζονται στον αέρα πιο ψυχρές από τον πάγο.”

Η κατανόηση του πώς αυτοί οι σχηματισμοί συμβαίνουν φυσικά θα μπορούσε να μας βοηθήσει να μάθουμε περισσότερα για άλλα αντικείμενα στο σύμπαν, καθώς η εξάχνωση του πάγου δημιούργησε μετανοίες στον Πλούτωνα και επηρέασε τον σχηματισμό του τοπίου στον Άρη, τον Πλούτωνα, τη Σερέσα, τα φεγγάρια του Δία, τα φεγγάρια του Κρόνου και αρκετούς κομήτες. «Πράγματι, το έργο Europa Lander της NASA στοχεύει στην αναζήτηση βιολογικών υπογραφών στο παγωμένο φεγγάρι του Δία, στην επιφάνεια του οποίου η διαφορική εξάχνωση μπορεί να απειλήσει τη σταθερότητα του προσγειωτή, και αυτό πρέπει να γίνει πλήρως κατανοητό», κατέληξαν οι συγγραφείς.

DOI: PNAS, 2021. 10.1073 / pnas.2109107118 (Σχετικά με τα DOI).

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *