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2021年10月6日
ノルウェー、スバールバルのストーンサークル。 各円の幅は約10フィートまたは3メートルです。 新しい研究は、これらの特徴が岩が多く、霜が降りやすい風景でどのように形成されるかについての洞察を提供します。バーナードハレット/ワシントン大学
自然は私たちの世界の美しさの一部である繰り返しのパターンでいっぱいです。 ワシントン大学の研究者を含む国際チームは、最先端のツールを使用して、寒い風景に形成される石のパターンの繰り返しを説明しました。
新しい 勉強は、10月5日に全米科学アカデミーの議事録に掲載されました。実験ツールを使用して、凍った地面でランダムに成長する氷の針が岩を規則的な繰り返しパターンに徐々に移動させる方法を示しています。 主に中国と日本に拠点を置くチームは、新しい実験とコンピューターモデリングの組み合わせを使用して、これらの驚くべき機能を新しい理論的洞察で説明します。
「人間の介入なしに進化するこれらの驚くべきパターンを持つことは、本質的に驚くべきことです」と共著者は言いました。 バーナードハレット、ワシントン大学地球宇宙科学名誉教授および第四紀研究センターのメンバー。 「日本庭園みたいだけど、庭師はどこ？」
ハワイの石のライン。 石がより傾斜した地面にある場合、凍結融解サイクルを繰り返すと縞が発生します。バーナードハレット/ワシントン大学
ハレットは、極地、高山、その他の寒冷環境で形成されるパターンの研究を専門としています。 パターンの理由の1つは 針氷。 気温が下がると、土壌の水分は地面から突き出た氷の結晶の噴出の形で成長します。
「非常に寒い夜を過ごした後、裏庭に出て、足の下で少し歯ごたえを感じるときは、おそらく霜柱の上を歩いているでしょう」とハレット氏は語った。
霜柱が形成されると、土の粒子を押し出す傾向があり、そこに小さな石がある場合は。 ハレット氏は、岩で覆われた地域よりも裸地のパッチでより多くの針氷が形成される可能性があると述べた。 氷の針は、バリアエリアに残っている石をわずかに取り除きます。 何年にもわたって、石はグループに集まり始め、裸の場所には本質的に石がなくなります。
「この種の選択的成長には、石のサイズ、土壌中の水分、氷柱の成長の間の興味深い反応が含まれます」とハレット氏は述べています。
ノルウェー、スバールバルの石の迷宮。 石がなだらかな斜面にあるところに迷路模様が形成されます。 新しい研究は、これらの特徴が岩が多く、霜が降りやすい風景でどのように形成されるかについての洞察を提供します。バーナードハレット/ワシントン大学
Halletは以前に筆頭著者による別の論文をレビューしました アンユアン・リー以前は紹興大学に在籍し、現在は日本の筑波大学に在籍しています。 2人は、自然界のパターンの調査におけるハレットの長年の経験と、実験科学およびコンピューターモデリングにおけるリーと彼の共同研究者のバックグラウンドを組み合わせたコラボレーションを開始しました。
筆頭著者 クアンシン劉 華東師範大学では、フィールドワークと実験室実験を使用して、自然界の自己組織化のパターンを理解しています。 この研究では、実験のセットアップは、表面の等間隔の石から始まり、各辺（0.4 m）の高さが1フィート（0.4 m）をわずかに超える湿った土壌の平らな正方形でした。 研究者たちは、30回の凍結融解サイクルを通して実験を行いました。 その時間の終わりまでに、規則的なパターンが現れ始めました。
“NS ビデオ それらは非常に驚くべきものであり、氷がちょうど現れ、一回転で石が押し上げられて少し横に移動することを示しています」とハレット氏は述べています。結果として、これらの機能のより具体的な定量的説明があります。」
他の実験では、石の濃度、地面の傾斜、および氷の針の高さによってパターンがどのように変化するかを調べました。これらは、石の濃度によっても影響を受けます。 これらの結果に基づいて、著者らは、霜にさらされた表面の石の濃度に応じてどのパターンが現れるかを予測するコンピューターモデルを作成しました。
2つの異なるコンピューターモデルは、石の初期濃度に応じて、凍った地面での石の長期分布を予測します。 左の列は20％の石で始まり、島を形成しています。ここでは白で示されています。 真ん中の列は30％と40％の石で覆われており、迷路や虫のような形をしています。 4番目の列は80％の石で覆われており、パターンはありません。 右の列は、わずかに傾斜した床で20％の石の被覆を示しています。 石は縞模様を形成する傾向があります。Li etal./PNAS
新しい研究の他の共著者は筑波大学の松岡典和です。 華南理工大学のFujunNiu; 華東師範大学のJingChenとWensiHu; 中国の上海交通大学のDeshengLi氏。 オランダのフローニンゲン大学のヨハン・ファン・デ・コペル。 カリフォルニア大学サンディエゴ校のナイジェルゴールデンフェルド。
この研究は、第2回チベット高原科学研究遠征によって資金提供されました。 日本科学振興協会; 中国国家自然科学基金; 中国科学院; と中国奨学金評議会。
詳細については、Hallet（[email protected]）またはLiu（[email protected]）にお問い合わせください。 中国のプレスリリースも参照してください。 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/10/466403.shtm
マーク：バーナードハレット•環境学部•地球宇宙科学部
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