火星上的鹅卵石是怎么形成的（精美石头图案是如何形成的）

千千万万小“冰针“可能可以解释地球上以及火星上的神秘石头图案

这些令人称奇的图案来自于一个看似不可能的设计师

由冰针创造的精美石头图案

在这个星球上，一些禅意花园的图案美得让人屏息，而它们的存在要归功于一位让人大跌眼镜的设计师：千万个小“冰针“。从涡流状到圆形到整齐行列，每一处精致的景观设计都是由大小一致的石头聚拢创造而成。

发表于《美国国家科学院院刊》的新研究首次纪录了这些冰针如何在不同的地貌上创造出精美繁复的图案。当冰针结冰时，他们会把小石头推到边上或使石头们彼此挨近。长此以往，这些石头就聚集在同一片区域，形成一个图案。这项研究的共同作者伯纳德·哈莱——同时他也是华盛顿大学的地质学家——说到：这项纪录证实了一个多世纪以来关于冰针和石头图案之间关系的推论。而且，这项研究还可能为那些更神秘的——在火星上发现的——图案起源做出解释。

当潮湿的土壤和空气之间产生温差时，冰针就会应运而生。在夜晚，一些特定类型的土壤就会“呼气”以对应气温的降低；同时，土壤中的水分会由于毛细现象（水分子附着于地面极窄的毛孔中）而被向上拉，而当这些水分升至地面并遭遇冷空气时，它们就会变成冰并形成针形冰晶。

“这些冰针有时候比较醒目”，哈莱告诉《生命科学》说到：“而且它们十分常见。”如果你曾在早上走过“松脆”的地面，那么很有可能你在无意识情况下就已经踩碎了一些冰针。

很长一段时间里，科学家们都将这些微型的冰雕和时不时出现在鹅卵石地面的线形和涡状复杂图案联系起来，比如夏威夷火山周边的条纹地貌。

湿润多孔土壤形成的冰针（图源：Quan-Xing Liu)

他们所不了解的是：冰究竟是如何在没有任何活物的介入下勾勒出这些图案的。于是他们开始了调查。

研究人员用大小相同的小石头均匀地覆盖在1平方英尺（1英尺约0.4米）的平整土壤上，然后他们对这块实验地进行了30轮冰冻-解冻操作，使得冰针可以形成和融化。由于环境的细微不平衡，比如斜坡，导致这些起起落落的冰针慢慢地、几乎无法被察觉到地将小石头推到一边。而由于一堆石头比单个重得多，所以当石头积累到一定的密度时，冰针就推不动了。到达实验尾声时，科研团队发现类似禅意花园的图案已经开始形成：一边是石头堆，而另一边则空空如也。

左图：挪威斯瓦尔巴特群岛的土壤环。中图：夏威夷莫纳克亚火山的石头行。格陵兰岛图勒的未命名石头条纹。

“所以这种将石头移动成石头图案的趋势是非常非常强烈的。”哈莱说到。平地上的石头往往会形成环形和漩涡，而小幅斜坡上的石头则比较容易组成行列的形式。

不是所有土壤都多孔到足以形成冰针。据发表于《北极与阿尔卑斯研究》杂志的研究称，一般来说，富含流沙或有机物的土壤形成冰针的效果最好。类似地，不是所有气候都能产生冰针，只有那些土地湿润的且空气可以快速冷却的地方才可以。

而对于由NASA（美国国家航空航天局）的火星探测器“好奇号”在火星上考察到的图案，专家们认为其背后有一套更精妙的类似循环。但是据NASA的肯尼迪太空中心称，火星大气中的水分含量很低，这颗红色星球的土壤中也没有多少微型冰晶的迹象。当其上土壤升温时，就会轻微地膨胀，只有降温时才会再次收缩。

火星上的一个石头圈（图源： NASA / JPL)

虽然这个过程远不如冰针推石那般激烈，但日积月累中也可以使小石子和尘土产生位移。哈莱说到：在地球上，这种在像火星上如此微小的土壤膨胀和收缩过程中形成的精致图案可能并不会被注意到，但在火星上，“因为这里除了风别无其它，所以我们能看到这种地貌。”

遗憾的是，迄今为止科学家们还未发现过任何火星冰针。

BY: Joanna Thompson

FY: 坚迪柏

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