地球上一些最令人叹为观止的禅宗花园图案的存在要归功于一个不太可能的艺术家：数千根微小的“冰针”。从漩涡到圆圈再到整齐的行，每个精美的图案都是在类似大小的石头在景观中聚集在一起时形成的。
10月5日发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究首次记录了冰针如何在各种景观中形成复杂的石头图案。当冰针冻结时，它们会将小石头推到一边。随着时间的推移，石头集中在一个区域，形成图案。这项工作证实了一个多世纪以来关于冰针和石头图案之间关系的科学推测，该研究的合著者、华盛顿大学的地质学家伯纳德·哈雷特说。它或许还能揭示一组更神秘的图案的起源——在火星上发现的图案。
当潮湿土壤的温度和空气温度之间存在不平衡时，就会形成冰针。在晚上，某些类型的泥土会随着温度的下降而“呼气”收缩。同时，土壤中的水会被毛细作用向上吸起，水分子会粘附在地面上非常狭窄的孔隙的侧面。但是，当这种水上升并接触到寒冷的空气时，它会变成冰，冻结成针状的晶体形状。
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“有时它们非常引人注目，”哈雷特告诉 Live Science。“而且它们很常见。” 如果您曾经在清晨走过“嘎吱嘎吱”的地面，您可能在不知不觉中压碎了一些冰针。
长期以来，科学家们将这些微小的冰雕与有时出现在鹅卵石地面上的复杂线条和漩涡图案联系起来，例如夏威夷火山周围的条纹景观。
他们不知道的是，冰究竟是如何在没有任何生物干预的情况下绘制出这些图案的。因此，他们开始调查。
研究人员用均匀的小石头覆盖了一块1平方英尺（0.4米）的平坦土壤。然后他们让这块地经历了30个冻融循环，让冰针形成并融化。慢慢地，几乎难以察觉地，上升和下降的冰针在微小的环境不平衡（例如景观的坡度）的驱动下将鹅卵石推到一边。因为一堆石头比单个鹅卵石重，所以一旦石头达到足够高的浓度，冰针就无法推动石头。在实验结束时，研究小组注意到禅宗花园般的图案开始形成：一边是石头，另一边是裸露的地面。
“因此，石头向石头区域移动的趋势非常非常强烈，”哈雷特说。平坦地面上的石头往往形成环和漩涡，而缓坡上的石头往往排列成行。
并非所有土壤都具有形成冰针的足够孔隙；通常，根据发表在《北极和高山研究》期刊上的研究，富含淤泥或有机物的土壤效果最佳。同样，并非所有气候都会产生针状冰。它只会在地面潮湿且空气迅速冷却的区域形成。
专家认为，美国宇航局“好奇号”探测器在火星上观测到的图案背后可能隐藏着这种循环的更微妙的版本。虽然火星大气中的水分非常少，但根据美国宇航局肯尼迪航天中心的数据，这颗红色行星的土壤确实显示出一些微小冰晶的证据。当这种泥土升温时，它会略微膨胀，然后在冷却时再次收缩。
尽管这个过程远不如冰针推开石头那样引人注目，但它仍然会导致微小的鹅卵石和灰尘随着时间的推移而移动。哈雷特说，在地球上，这种微小的土壤膨胀和收缩造成的细微图案可能会被忽视。但在火星上，“因为除了风之外，几乎没有什么事情发生，所以我们看到了这些特征。”
不过，遗憾的是，科学尚未发现任何火星冰针。
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