地球上一些最令人歎為觀止的禪宗花園圖案的存在要歸功於一個不太可能的藝術家：數千根微小的“冰針”。從漩渦到圓圈再到整齊的行，每個精美的圖案都是在類似大小的石頭在景觀中聚集在一起時形成的。
10月5日發表在《美國國家科學院院刊》上的新研究首次記錄了冰針如何在各種景觀中形成複雜的石頭圖案。當冰針凍結時，它們會將小石頭推到一邊。隨著時間的推移，石頭集中在一個區域，形成圖案。這項工作證實了一個多世紀以來關於冰針和石頭圖案之間關係的科學推測，該研究的合著者、華盛頓大學的地質學家伯納德·哈雷特說。它或許還能揭示一組更神秘的圖案的起源——在火星上發現的圖案。
當潮溼土壤的溫度和空氣溫度之間存在不平衡時，就會形成冰針。在晚上，某些型別的泥土會隨著溫度的下降而“呼氣”收縮。同時，土壤中的水會被毛細作用向上吸起，水分子會粘附在地面上非常狹窄的孔隙的側面。但是，當這種水上升並接觸到寒冷的空氣時，它會變成冰，凍結成針狀的晶體形狀。
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“有時它們非常引人注目，”哈雷特告訴 Live Science。“而且它們很常見。” 如果您曾經在清晨走過“嘎吱嘎吱”的地面，您可能在不知不覺中壓碎了一些冰針。
長期以來，科學家們將這些微小的冰雕與有時出現在鵝卵石地面上的複雜線條和漩渦圖案聯絡起來，例如夏威夷火山周圍的條紋景觀。
他們不知道的是，冰究竟是如何在沒有任何生物干預的情況下繪製出這些圖案的。因此，他們開始調查。
研究人員用均勻的小石頭覆蓋了一塊1平方英尺（0.4米）的平坦土壤。然後他們讓這塊地經歷了30個凍融迴圈，讓冰針形成並融化。慢慢地，幾乎難以察覺地，上升和下降的冰針在微小的環境不平衡（例如景觀的坡度）的驅動下將鵝卵石推到一邊。因為一堆石頭比單個鵝卵石重，所以一旦石頭達到足夠高的濃度，冰針就無法推動石頭。在實驗結束時，研究小組注意到禪宗花園般的圖案開始形成：一邊是石頭，另一邊是裸露的地面。
“因此，石頭向石頭區域移動的趨勢非常非常強烈，”哈雷特說。平坦地面上的石頭往往形成環和漩渦，而緩坡上的石頭往往排列成行。
並非所有土壤都具有形成冰針的足夠孔隙；通常，根據發表在《北極和高山研究》期刊上的研究，富含淤泥或有機物的土壤效果最佳。同樣，並非所有氣候都會產生針狀冰。它只會在地面潮溼且空氣迅速冷卻的區域形成。
專家認為，美國宇航局“好奇號”探測器在火星上觀測到的圖案背後可能隱藏著這種迴圈的更微妙的版本。雖然火星大氣中的水分非常少，但根據美國宇航局肯尼迪航天中心的資料，這顆紅色行星的土壤確實顯示出一些微小冰晶的證據。當這種泥土升溫時，它會略微膨脹，然後在冷卻時再次收縮。
儘管這個過程遠不如冰針推開石頭那樣引人注目，但它仍然會導致微小的鵝卵石和灰塵隨著時間的推移而移動。哈雷特說，在地球上，這種微小的土壤膨脹和收縮造成的細微圖案可能會被忽視。但在火星上，“因為除了風之外，幾乎沒有什麼事情發生，所以我們看到了這些特徵。”
不過，遺憾的是，科學尚未發現任何火星冰針。
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