Comment les «aiguilles de glace» tissent des motifs de pierres dans des paysages gelés –

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  • La nature regorge de motifs répétitifs qui font partie de la beauté de notre monde. Une équipe internationale, dont un chercheur de l’Université de Washington, a utilisé des outils modernes pour expliquer les motifs répétitifs des pierres qui se forment dans les paysages froids.

    La nouvelle étude, publiée le 5 octobre dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, utilise des outils expérimentaux pour montrer comment des aiguilles de glace poussant au hasard sur un sol gelé peuvent progressivement déplacer les roches en motifs réguliers et répétitifs. L’équipe, basée principalement en Chine et au Japon, utilise une combinaison de nouvelles expériences et de modélisation informatique pour décrire ces caractéristiques frappantes avec de nouvelles connaissances théoriques.

    “La présence de ces modèles étonnants qui se développent sans aucune intervention humaine est de nature assez frappante”, a déclaré le co-auteur Bernard Hallet, professeur émérite de sciences de la Terre et de l’espace à l’UW et membre du Quaternary Research Center. “C’est comme un jardin japonais, mais où est le jardinier ?”

    Hallet se spécialise dans l’étude des motifs qui se forment dans les régions polaires, en haute montagne et dans d’autres environnements froids. L’une des raisons des motifs est la glace à l’aiguille. À mesure que la température baisse, l’humidité contenue dans le sol se transforme en pointes de cristaux de glace qui dépassent du sol.

    “Lorsque vous sortez dans le jardin après une nuit glaciale et que vous sentez un petit craquement sous le pied, vous marchez probablement sur de la glace à l’aiguille”, a déclaré Hallet.

    Au fur et à mesure que la glace en aiguilles se forme, elle a tendance à soulever des particules de sol et, s’il y en a, de petites pierres. Plus de glace en aiguilles peut se former sur des parcelles de sol nu par rapport aux zones couvertes de roches, a déclaré Hallet. Les aiguilles à glace déplaceront légèrement les pierres restantes dans la région plus nue. Au fil des ans, les pierres commencent à se regrouper en groupes, laissant les zones dénudées essentiellement sans pierres.

    “Ce type de croissance sélective implique des rétroactions intéressantes entre la taille des pierres, l’humidité du sol et la croissance des aiguilles de glace”, a déclaré Hallet.

    Hallet avait précédemment examiné un autre article scientifique du premier auteur Anyuan Li, anciennement à l’Université de Shaoxing et maintenant à l’Université de Tsukuba au Japon. Les deux ont commencé une collaboration qui associe l’expertise de longue date de Hallet en matière d’investigation des modèles dans la nature avec l’expérience de Li et de ses collaborateurs en science expérimentale et en modélisation informatique.

    L’auteur principal Quan-Xing Liu de l’East China Normal University utilise des travaux sur le terrain et des expériences en laboratoire pour comprendre les modèles auto-organisés dans la nature. Pour cette étude, la configuration expérimentale était un carré plat de sol humide d’un peu plus de 1 pied de chaque côté (0,4 mètre) qui commençait par des pierres espacées uniformément sur la surface. Les chercheurs ont mené l’expérience sur 30 cycles de gel-dégel. À la fin de cette période, des modèles réguliers avaient commencé à apparaître.

    “Les vidéos sont assez frappantes, et elles montrent que la glace monte et qu’en un seul cycle, elle soulève des pierres et les déplace légèrement sur le côté”, a déclaré Hallet. “En raison de ces expériences et des capacités des individus impliqués à analyser ces résultats, nous avons des descriptions quantitatives beaucoup plus tangibles de ces caractéristiques.”

    D’autres expériences ont examiné comment le motif change en fonction de la concentration de pierres, de la pente du sol et de la hauteur des aiguilles de glace, qui est également affectée par la concentration de pierres. Sur la base de ces résultats, les auteurs ont écrit un modèle informatique qui prédit les modèles qui apparaîtront en fonction de la concentration de pierres sur la surface sujette au gel.

    Les autres co-auteurs de la nouvelle étude sont Norikazu Matsuoka de l’Université de Tsukuba ; Fujun Niu à l’Université de technologie de Chine du Sud ; Jing Chen et Wensi Hu à l’Université normale de Chine orientale ; Desheng Li à l’Université Jiao Tong de Shanghai en Chine ; Johan van de Koppel à l’Université de Groningen aux Pays-Bas ; et Nigel Goldenfeld à l’Université de Californie à San Diego.

    La recherche a été financée par le programme d’expédition et de recherche scientifique du deuxième plateau tibétain; la Société japonaise pour la promotion de la science ; la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine ; l’Académie chinoise des sciences ; et le Conseil chinois des bourses d’études.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Washington. Original écrit par Hannah Hickey. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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