本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
因此，北爱尔兰国家名胜古迹信托基金会为世界伟大的地质奇观之一——巨人堤道，揭幕了一个崭新的游客中心。今天早上我了解到，这其中存在一个问题，这要感谢物理学家布莱恩·考克斯的 Twitter 动态。 显然，信托基金会不能仅仅坚持科学事实；他们必须“包容”，在其中一个音频展览的片段中提到了某些福音派基督徒认为这个拥有 6 千万年历史的地质构造实际上是诺亚方舟在仅仅 4500 年前造成的。
在回应国家世俗主义协会的质询时，国家名胜古迹信托基金会的发言人提供了这个缓和的说法：
“游客中心的解读展示了岩石是如何形成的科学原理、这个特殊地方的历史以及当地人物的故事。我们在展览的一小部分中反映了巨人堤道在关于地球形成的古老辩论中所起的作用，以及对某些人来说，这场辩论在今天仍在继续。国家名胜古迹信托基金会完全支持关于岩石在 6 千万年前形成的科学解释。”
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嗯，很好。你知道，有科学事实，也有受盲目信仰驱使的个人信仰；这是两件截然不同的事情。人们可以并且确实相信他们喜欢的任何东西，但这并不能使其成为事实。
让我转述一句归因于伽利略的话，当时人们以《圣经》为理由反对哥白尼的太阳系：“《圣经》教导我们如何进入天堂。它不是关于天体如何运动的科学论著。”（伽利略实际上引用了巴罗尼乌斯枢机主教的话：“《圣经》的目的是告诉我们如何上天堂，而不是天体如何运行。”）或者正如考克斯在推特上所说：“我不介意将创世故事作为神话来呈现，但暗示地球的年龄为 45.4 亿年存在任何争议纯粹是胡说八道。”
说够了。但这确实启发了我从档案中挖掘出一篇关于巨人堤道地球物理学的有趣文章。因为我猜国家名胜古迹信托基金会也收录了精彩的芬恩·麦库尔的传说。
爱尔兰的传说是丰富多彩的，其中就有一个名叫费恩·麦克库尔（Fionn mac Cumhaill）的巨人——或者更通俗地说，芬恩·麦库尔。与所有神话一样，细节各不相同，但故事的精髓是这样的。芬恩·麦库尔和他的妻子乌娜（Oonagh）住在爱尔兰北海岸。
有一天，他的对手，苏格兰巨人贝南多纳（Benandonner）开始从海峡对面嘲讽他——通常是“我比你更大更强壮，你这个小孬种”之类的男子气概的废话，毫无疑问还伴随着捶胸顿足和炫耀肱二头肌。（显然，贝南多纳有点缺乏安全感，也许是因为他没有像芬恩·麦库尔这样朗朗上口的名号。）
坦率地说，贝南多纳说，如果不是那条讨厌的海峡挡住了他的路，他可以狠狠地揍芬恩一顿。任何有自尊心的巨人都不允许这种对其男子气概的侮辱。因此，芬恩接受了他对手的挑战，用巨大的石头在水面上建造了一条堤道（桥梁），因为当时没有船只足够大到可以容纳巨人。他邀请贝南多纳过来证明他的观点。
在这个时候，各种说法开始分歧，有些版本说芬恩只是想在对抗之前休息一下，因为建造堤道耗费了太多精力，而另一些版本则声称，当贝南多纳隐约出现时，他感到害怕，并意识到他的对手确实是更大更强壮的巨人。（我倾向于后者。）
芬恩的妻子乌娜比任何一个男性巨人都聪明；她知道，战斗的胜利并不总是取决于体型和力量。她建议使用诡计。她将丈夫伪装成一个穿着大号睡袍和睡帽的婴儿——甚至可能还有一个超大号的拨浪鼓——并将他放在一个巨大的摇篮里。
当贝南多纳到达时，她邀请他进来喝茶，并要求他安静，以免吵醒“婴儿”。贝南多纳看了一眼，就断定如果这个庞然大物是芬恩·麦库尔的婴儿，他就不想见到父亲了，于是逃回了苏格兰，并在身后拆毁了堤道，以确保芬恩·麦库尔无法追赶他。（珍-吕克·皮康认为，这证明他们都是可悲的娘娘腔，尽管他们夸夸其谈，虚张声势。）
芬恩·麦库尔的传说桥梁的遗迹仍然存在，位于现在的北爱尔兰安特里姆郡。它被称为巨人堤道，被认为是英国七大奇迹之一。这是理所当然的——它由近 40,000 根相互锁定的玄武岩柱组成，有些高达 36 英尺。柱子的顶部形成“踏脚石”，从悬崖脚下延伸到海面之下。多年前访问北爱尔兰时，我有幸亲自站在这些柱状结构上，它们确实令人印象深刻。
芬恩·麦库尔只是一个传说，与美国巨人保罗·班扬（Paul Bunyan）相当，是为了解释像堤道这样奇异的地质构造最初是如何形成的。从其有规律的图案结构来看，它看起来太规则了，不像是自然过程造成的。
然而，它的确是自然形成的。堤道在 1692 年被当时的德里主教“发现”，理查德·巴克利二世爵士在伦敦皇家学会的一次演讲中正式宣布了堤道的存在，他是该学会的成员。
（历史旁注：关于理查德二世爵士的记录很少——谷歌搜索产生了大量关于他父亲的信息，但关于儿子的信息却很少，他没有留下后嗣，因此是那个特定男爵爵位的最后一位后裔。他显然是畸形的，但受过良好的教育，是三一学院和牛津大学的院士，除了关于巨人堤道的论文外，他还发表了关于他自己发明的自动推进战车的论文，以及一项通过种植玉米来改善爱尔兰的计划。唉，他在晚年屈服于宗教狂热，与一群自称法国先知的邪教分子混在一起，他相信这些人会治愈他的畸形。但他们没有。）
关于堤道是如何形成的，众说纷纭：有些人说人们用镐和凿子建造了它，当然，还有芬恩·麦库尔的传说。科学家们倾向于自然形成，但对其中的机制感到困惑，直到 1771 年，一位仅被称为德马雷（Demarest）的法国人宣布，这是火山活动的结果。（关于德马雷的谷歌信息甚至比可怜的理查德二世爵士还要少。）
这仍然是公认的解释，尽管随着科学的进步，它不断得到完善。构成堤道的柱状节理大约在 6 千万年前由大规模火山爆发喷出的熔岩冷却和收缩形成。
根据多伦多大学物理系的物理学家卢卡斯·格林（Lucas Goehring）的说法，他在 2007 年美国物理学会三月会议上发表了一篇关于他与多伦多大学同事斯蒂芬·莫里斯合作的论文，这可能是发生的情况。当熔岩流入海中时，它迅速冷却、收缩并结晶成我们今天看到的近乎完美的六边形柱状体。事实上，地质学家认为存在三次主要的熔岩流，形成了下、中、上玄武岩层，堤道柱状体出现在中间层。这种收缩不可避免地会产生应力，导致岩石破裂。
格林说：“柱状体是在冷却的锋面移动到熔岩流中时形成的，地下水的沸腾起到了辅助作用。随着锋面的推进，它留下了一个裂缝网络，这个网络演变成几乎是六边形的排列。这个网络雕刻出了柱状体。”
类似的结构可以通过一个简单的厨房实验来创建：将等量的玉米淀粉和水混合，放入咖啡杯中。在上面照射强光来干燥混合物。大约一周后，混合物将完全干燥，您可以将其掰开，露出内部，内部被分成“淀粉柱”。您可以在此处观看他们玉米淀粉实验的短片。
除了在原地研究爱尔兰和苏格兰的真品外，格林和他的同事们还弄清楚了如何精确控制这种桌面厨房实验，以便他们能够比过去科学家更详细地研究形成过程，并借助 X 射线断层扫描技术，首次获得柱状体内部结构的真正 3D 图像。
更令人惊讶的发现包括：（1）柱状体并不像之前认为的那样完全是六边形的，以及（2）即使在结构的深处也能发现地层连续的动力学，类似于，比如，干燥的泡沫。此外，柱状体的大小取决于裂缝推进的速度以及水通过淀粉的速度。这就是熔岩形成的柱状体比桌面实验大 1000 倍的原因：熔岩的类似特性要慢得多。
柱状节理比人们想象的更常见：在怀俄明州的魔鬼塔国家纪念碑、新西兰卡吉尔山上的“管风琴岩柱”地貌以及加利福尼亚州的魔鬼柱国家纪念碑也发现了它们。科罗拉多大学博尔德分校的梅雷迪思·贝特顿（Meredith Betterton）表示，冰也可以形成有趣的结构。
贝特顿在安第斯山脉观看冰川时，被巨大的冰刺——被称为忏悔者冰笋，因为它们像一队戴着白色头巾的僧侣——所吸引。“我想，‘哇，这是怎么回事？’”她承认，作为一名科学家，她着手弄清楚原因。
（她不是第一个被如此着迷的人。查尔斯·达尔文在 1839 年描述了忏悔者冰笋，当时他讲述了 1835 年 3 月的一次远足，他在从智利圣地亚哥到阿根廷城市门多萨的途中，挤过覆盖着忏悔者冰笋的雪原。）
贝特顿与法国巴黎高等师范学院的同事一起，创建了这些尖刺状冰结构的首批人工版本，这些结构在高海拔冰川上非常常见，那里的空气特别干燥。她还设计了一个数学模型来预测这个过程。希望这项研究能够为冰川如何蒸发提供有用的见解；它也可能为在全球变暖的背景下保护冰川提供实用的策略。
可能有一个与芬恩·麦库尔的传说相媲美的迷人传说来解释这些冰刺是如何形成的，但科学完全有能力用自己的解释来解释。当阳光以某种方式蒸发积雪，使冰直接变成水蒸气，而不会先融化成水时，就会出现忏悔者冰笋。这个过程称为升华。
雪面可能最初是光滑的，但随着一些区域升华速度快于其他区域，它逐渐形成凹陷，由此产生的弯曲表面会聚集更多的阳光，并进一步加速升华，留下了一片高耸的冰刺森林。忏悔者冰笋是大自然的冰雕。
气温升高会大大减缓忏悔者冰笋的形成，这在全球变暖的背景下尤其令人担忧，因为冰刺减少可能会加速冰川融化。你看，冰刺会投下阴影，并起到天然的冷却机制的作用。有一个工作假设，即在冰川上铺上一层薄薄的污垢可以帮助保存冰川，方法是促进忏悔者冰笋的更快形成。
在贝特顿在实验室中创建的小型版本中，这被证明是正确的。她在她的人造雪层上撒上打印机墨粉，以模拟全球冰川常见的污染物，并发现冰刺因此生长得更快。这有点违反直觉，因为碳基污染物实际上会增加冰川的融化速度，因为冰吸收更多的阳光，因此升温更快。更多忏悔者冰笋的形成可以抵消这种损害。
贝特顿并不认为她现在已经掌握了关于忏悔者冰笋背后机制的所有答案——还差得很远。“还有很多事情尚未解释，这正是这个领域如此迷人的原因，”她说。但我怀疑这与爱尔兰巨人或诺亚方舟洪水有任何关系。
本文的早期版本最初于 2007 年 3 月 6 日发表在旧的 Cocktail Party Physics 存档博客上。
图片：（顶部）北爱尔兰巨人堤道。图片来源：Petr Brož。来源：维基共享资源。（中部）巨人堤道景观：东面景象。 1768 年苏珊娜·德鲁里（Susanna Drury）雕刻。公共领域。来源：琳达·霍尔科学、工程和技术图书馆。（底部）阿根廷安第斯山脉中部上里奥布兰科的忏悔者冰笋群。图片来源：用户：Arkavi。来源：维基共享资源。
参考文献:
Betterton, M. D. (2001) "Theory of structure formation in snowfields motivated by penitentes, suncups, and dirt cones", Physical Review E 63(056129).
Darwin, Charles. (1839) Journal of researches into the geology and natural history of the various countries visited by H. M. S. Beagle, under the command of Captain Fitz Roy, R.N., 1832 to 1836, H. Colburn, London.
Drake, Stillman. Discoveries and Opinions of Galileo. New York: Doubleday Anchor Books, 1957, pp. 173-216.
Goehring, Lucas, and Stephen W. Morris, (2005) "Order and disorder in columnar joints," Europhysics Letters, 69, 739.
Goehring, Lucas, Zhenquan Lin, and Stephen W. Morris, (2006) "An Experimental Investigation of the Scaling of Columnar Joints," Physical Review E 74, 036115.
Goehring, Lucas, and Stephen Morris. (2008) "Scaling of columnar joints in basalt," Journal of Geophysical Research, Vol. 113, B10203, 18 PP., doi:10.1029/2007JB005018.