Círculos de piedras en Svalbard, Noruega. Cada círculo mide aproximadamente 10 pies, o 3 metros, a través de. Una nueva investigación proporciona información sobre cómo se forman estas características en rocosos, Paisajes propensos a las heladas. Crédito:Bernard Hallet / Universidad de Washington
La naturaleza está llena de patrones repetidos que son parte de la belleza de nuestro mundo. Un equipo internacional, incluyendo un investigador de la Universidad de Washington, utilizó herramientas modernas para explicar los patrones repetidos de piedras que se forman en paisajes fríos.
El nuevo estudio, publicado el 5 de octubre en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , utiliza herramientas experimentales para mostrar cómo las agujas de hielo que crecen al azar en el suelo congelado pueden mover gradualmente las rocas a regular, patrones repetidos. El equipo, con sede principalmente en China y Japón, utiliza una combinación de experimentos novedosos y modelos informáticos para describir estas características sorprendentes con nuevos conocimientos teóricos.
"La presencia de estos patrones asombrosos que se desarrollan sin ninguna intervención de los humanos es bastante sorprendente en la naturaleza, "dijo el coautor Bernard Hallet, profesor emérito de Ciencias de la Tierra y el espacio de la Universidad de Washington y miembro del Centro de Investigación del Cuaternario. "Es como un jardín japonés, pero ¿dónde está el jardinero?
Hallet se especializa en estudiar los patrones que se forman en las regiones polares, alta montaña y otros ambientes fríos. Una de las razones de los patrones es el hielo en agujas. A medida que baja la temperatura, la humedad contenida en el suelo se convierte en picos de cristales de hielo que sobresalen del suelo.
"Cuando sales al patio trasero después de una noche helada y sientes un pequeño crujido debajo del pie, probablemente estés caminando sobre hielo de aguja, "Dijo Hallet.
Laberintos de piedras en Svalbard, Noruega. Los patrones de laberinto se forman donde las piedras están en una pendiente suave. Una nueva investigación proporciona información sobre cómo se forman estas características en rocosos, Paisajes propensos a las heladas. Crédito:Bernard Hallet / Universidad de Washington
A medida que se forma el hielo en forma de aguja, tiende a empujar las partículas del suelo, y si hay alguno, Pequeñas piedras. Se pueden formar más agujas de hielo en parches de suelo desnudo en comparación con las áreas cubiertas de rocas, Dijo Hallet. Las agujas de hielo desplazarán ligeramente las piedras restantes en la región más desnuda. A través de los años, las piedras comienzan a agruparse en grupos, dejando los parches desnudos esencialmente libres de piedras.
"Ese tipo de crecimiento selectivo implica retroalimentaciones interesantes entre el tamaño de las piedras, la humedad en el suelo y el crecimiento de las agujas de hielo, "Dijo Hallet.
Hallet había revisado previamente otro artículo científico del primer autor Anyuan Li, anteriormente en la Universidad de Shaoxing y ahora en la Universidad de Tsukuba en Japón. Los dos comenzaron una colaboración que mezcla la experiencia de muchos años de Hallet en la investigación de patrones en la naturaleza con la experiencia de Li y sus colaboradores en ciencia experimental y modelado por computadora.
El autor principal Quan-Xing Liu de la Universidad Normal del Este de China utiliza el trabajo de campo y los experimentos de laboratorio para comprender los patrones autoorganizados en la naturaleza. Para este estudio, la configuración experimental fue un cuadrado plano de suelo húmedo de poco más de 1 pie de cada lado (0,4 metros) que comenzaba con piedras espaciadas uniformemente en la superficie. Los investigadores realizaron el experimento a través de 30 ciclos de congelación y descongelación. Al final de ese tiempo, habían comenzado a aparecer patrones regulares.
Líneas en Hawaii. Los ciclos repetidos de congelación-descongelación crean líneas cuando las piedras están en un terreno con una pendiente más pronunciada. Una nueva investigación proporciona información sobre cómo se forman estas características en paisajes propensos a las heladas. Crédito:Bernard Hallet / Universidad de Washington
"Los videos son bastante sorprendentes, y muestran que el hielo simplemente sube y en un solo ciclo empuja piedras hacia arriba y las mueve ligeramente hacia un lado, "Dijo Hallet." Debido a esos experimentos y las habilidades de los individuos involucrados para analizar esos resultados, tenemos mucho mas tangible, descripciones cuantitativas de estas características ".
Otros experimentos observaron cómo cambiaba el patrón según la concentración de piedras, la pendiente del suelo, y la altura de las agujas de hielo, que también se ve afectado por la concentración de cálculos. Basado en esos resultados, los autores escribieron un modelo de computadora que predice qué patrones aparecerán dependiendo de la concentración de piedras en la superficie propensa a las heladas.
Dos modelos informáticos diferentes predicen la distribución a largo plazo de las piedras en el suelo helado en función de la concentración inicial de las piedras. La columna de la izquierda comienza con un 20% de cobertura de piedras, que crea islas, mostrado aquí en blanco; las filas del medio tienen un 30% y un 40% de cobertura de piedras, que crea laberintos y formas de gusanos; y la cuarta columna tiene una cobertura de piedra del 80%, que no da ningún patrón. La columna de la derecha muestra una cobertura de piedra del 20% en un terreno ligeramente inclinado; las piedras tienden a formar líneas. Crédito:Li et al./PNAS
Otros coautores del nuevo estudio son Norikazu Matsuoka de la Universidad de Tsukuba; Fujun Niu de la Universidad Tecnológica del Sur de China; Jing Chen y Wensi Hu de la Universidad Normal del Este de China; Desheng Li de la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China; Johan van de Koppel en la Universidad de Groningen en Holanda; y Nigel Goldenfeld en la Universidad de California, San Diego.
