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
在阿拉斯加费尔班克斯待了 30 年后，我们终于屈服了，圣诞节去了夏威夷而不是我们的小屋。小屋位于偏远的山谷中，一年中的这个时候没有阳光直射，温度徘徊在 -20°F 左右。说实话，在大多数冬季去小屋的旅行中，我们都在睡觉。夏威夷提供了一个更清醒的假期。在凯卢阿/科纳机场，我通过他们不健康的苍白脸色以及他们穿着凉鞋和短裤时的不自在认出了其他阿拉斯加人。我们都很快分散到各自的酒店、海滩、船只、皮划艇和冲浪板上，惊叹于异国情调的绿色植物和阳光。
除了晒太阳外，我还有两件事想在大岛上看看：流动的熔岩和莫纳克亚山顶上的石条纹。很多人想看前者；很少有人知道或关心后者。由于观看熔岩很受欢迎，至少有 3 种方法可以做到这一点。一种是从希洛乘坐直升机，盘旋在熔岩注入大海的地方。这将花费您大约 180 美元，您能看到的最近距离熔岩只有几百英尺。第二种方法是乘船，从网站上看很壮观，但仍然让您离熔岩一百英尺远。第三种方法是徒步穿越 4 ½ 英里的炽热黑色熔岩（图 1），往返大约需要 6 到 8 个小时，但它的优势在于，如果您真的想，您可以烧掉您的鞋子走在炽热的熔岩上。尽管公园管理局似乎在努力阻止人们进行徒步旅行，但当我们去那里时，它似乎很受欢迎，可能有 50 个徒步旅行团。有些人配备了水、结实的靴子和强大的头灯，知道他们在做什么，而另一些人似乎是穿着人字拖和短裤的休闲游客，毫无头绪。
我和我的妻子有头灯、水、雨衣和好鞋子，但对会发生什么或在哪里找到它知之甚少。徒步旅行约 3 个小时后，太阳在我们右边的海洋中落下，我们可以看到热浪在前面的熔岩流上方闪烁。我们的步伐加快了。我正要踏上下一个熔岩流时，我看到在一条裂缝中，熔岩流的内部是炽热的红色。事实上，我们周围到处都是发红的裂缝（图 2）。很快，我们找到了一个地方，熔岩在表面流动，形成叶和舌状物（称为熔岩趾），凝固，然后在附近某处爆发（图 3）。热量很强烈，还有烟雾，但场景是原始而引人入胜的。其他几组熔岩朝圣者也到了，我们都敬畏地站着，橙色的熔岩随着天色变暗而脉动、流动和发出更强烈的红光。在海崖附近，橙色的熔岩瀑布滑入海中，六英尺高的海浪撞击着海崖。新土地！这是一次毕生的徒步旅行。
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当我们穿过熔岩流返回时，天色已晚。我曾在脑海中暂时地认为，这种新的、在白天实际上是闪亮的熔岩，会在黑暗中很好地反射头灯，但事实并非如此。新月几乎没有光，很快一场暴雨来临，遮挡了微弱的光线。我们跌跌撞撞地回到了帕霍伊霍伊熔岩流上。其他熔岩朝圣者也在痛苦地返回，他们的头灯在黑暗中闪烁。我们加入了一对来自育空地区怀特霍斯的夫妇，我们 4 个头灯足以共同选择一条路。到晚上 9 点，我们基本上完好无损地回到了我们的车里。那里仍然停着几十辆车，这表明许多准备充分或其他情况的熔岩朝圣者仍然在黑暗中。
我们看到的熔岩来自普`乌`奥`奥火山口（图 4）。根据其颜色（黄色到红色），它在最热的时候可能仍然超过 1700°F，这意味着它在 7 英里的旅程中只冷却了 300°F。这种最小的冷却证明了冷却的熔岩的良好绝缘值，因为这次旅行可能花费了一个多月的时间。这也是为什么我能够在仍然内部炽热的熔岩流上行走而不会烧坏我的鞋子的原因，它也有助于解释熔岩管的普遍存在。我们看到的熔岩趾（也许我们可以看到六个）的累积排放率约为 0. 05 立方米/秒，而普`乌`奥`奥火山口可能以 1 到 10 立方米/秒的速度喷出熔岩，这表明我们看不到还有数十个甚至数百个其他熔岩趾在渗出。也许从直升机上的空中视角会证实这一切。尽管如此，在没有专家监督的情况下站在离活动熔岩流 3 英尺的地方还是值得一提的。（有关更多信息，请参见此处和此处）。
两天后，我们前往莫纳克亚山（图 5）。从深海深渊（低于海平面约 10,000 英尺）到山顶（13,796 英尺）测量时，它可能是地球上最高的山脉。山顶是几个大型望远镜和天文台的所在地，在山顶下方是海拔 13,020 英尺的怀奥湖。神圣的湖泊被冻住了。在湖上方的火山碎石斜坡上，我们可以看到独特的石条纹，细粒的棕色条纹与较深的灰色砾石和卵石条纹交替出现。我从华盛顿大学的同事伯纳德·哈雷特博士那里听说了这些条纹。它们是大自然中自组织的一个显着例子，这种自组织源于随机过程。它们也是低温圈特征连续体的一部分，包括排序圆、多边形图案地面和排序条纹。自组织一直吸引着科学家，因此有大量关于该主题的文献。
制作石条纹所需的成分是粒土（细土基质中鹅卵石和卵石的混合物）（图 6），一个斜坡（介于 5° 和 15° 之间）（图 7），充足的土壤水分（15% 到 25%）以及频繁的冻融循环。形成条纹的因素是针状冰（图 8 和 9）。这种奇特的冰实际上在世界各地都很常见（有关一些不错的针状冰照片以及称为霜花的类似现象，请参见此处）。Le Conte 于 1850 年首次描述了它，据报道，它广泛分布于中纬度地区以及许多高山和高纬度地区。它在寒冷晴朗的夜晚由于土壤表面的辐射冷却而形成。
起作用的确切过程已经争论了 60 多年，但基本上水通过土壤中的孔隙向上移动，原因是毛细管吸力或冻结前沿的向下推进使较深的土壤水分加压。在土壤表面下方，水被过冷（低于 32°F），因此当水出现时，它会非常迅速地冻结。土壤中孔隙的小直径确保向上渗流以一系列非常薄的水丝的形式发生，从而产生针状冰尖。针在底部生长，将冻结的部分推得越来越高。该过程可以轻松地抬起土壤和岩石颗粒。针状冰的实验室生长表明，土壤水分的量、土壤中细颗粒的量以及土壤中的温度结构都会影响针是否会生长，以及生长速度和高度。
然而，单凭针状物不足以产生石条纹。为此，需要一种分类机制。它由融化的冰针和重力提供。由于针状物垂直于一般表面（对于莫纳克亚山约为 15°）生长，当它们在温暖的白天融化并变弱时，它们会弯曲并优先向下坡落下（图 10）。最初由针状物支撑的石头也向下坡落下。通过这个过程，一些区域变得富含石头，而另一些区域则变得贫瘠。
随后的针状物生长在富含石头的区域受到抑制，因为它们的含水量低，但在细粒区域仍然很活跃，最终导致两者之间的高度略有不同。现在，局部坡度实际上既向下倾斜，又远离细粒土壤区域。这种反馈效应确保在随后的针状冰事件中，石头更有效地移动到土壤条纹的两侧。
当我们开车返回莫纳克亚山，朝海滩方向驶去时，我惊讶地发现，在形成石条纹和熔岩环的过程中，实际上有一些惊人的相似之处。两者都是通过液体的冻结产生的，尽管在地球表面发现岩石处于液态状态需要非常不寻常的情况。在这两种情况下，冷却速率都非常重要，决定着条纹或环是否会形成、形成速度以及它们将采取的形式和形状。坡度也是一个重要因素，尽管条纹需要健康的坡度，而帕霍伊霍伊熔岩流则需要低得多的坡度。这两种过程都在美丽的夏威夷岛上产生了异常引人注目的地质特征。
阿罗哈！
图片： 地图：美国地质调查局 (USGS)。 作者照片：伊丽莎白·斯特姆 (Elizabeth Sturm)。 其余所有图片：马修·斯特姆 (Matthew Sturm)