本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
在阿拉斯加費爾班克斯待了 30 年後，我們終於屈服了，聖誕節去了夏威夷而不是我們的小屋。小屋位於偏遠的山谷中，一年中的這個時候沒有陽光直射，溫度徘徊在 -20°F 左右。說實話，在大多數冬季去小屋的旅行中，我們都在睡覺。夏威夷提供了一個更清醒的假期。在凱盧阿/科納機場，我透過他們不健康的蒼白臉色以及他們穿著涼鞋和短褲時的不自在認出了其他阿拉斯加人。我們都很快分散到各自的酒店、海灘、船隻、皮划艇和衝浪板上，驚歎於異國情調的綠色植物和陽光。
除了曬太陽外，我還有兩件事想在大島上看看：流動的熔岩和莫納克亞山頂上的石條紋。很多人想看前者；很少有人知道或關心後者。由於觀看熔岩很受歡迎，至少有 3 種方法可以做到這一點。一種是從希洛乘坐直升機，盤旋在熔岩注入大海的地方。這將花費您大約 180 美元，您能看到的最近距離熔岩只有幾百英尺。第二種方法是乘船，從網站上看很壯觀，但仍然讓您離熔岩一百英尺遠。第三種方法是徒步穿越 4 ½ 英里的熾熱黑色熔岩（圖 1），往返大約需要 6 到 8 個小時，但它的優勢在於，如果您真的想，您可以燒掉您的鞋子走在熾熱的熔岩上。儘管公園管理局似乎在努力阻止人們進行徒步旅行，但當我們去那裡時，它似乎很受歡迎，可能有 50 個徒步旅行團。有些人配備了水、結實的靴子和強大的頭燈，知道他們在做什麼，而另一些人似乎是穿著人字拖和短褲的休閒遊客，毫無頭緒。
我和我的妻子有頭燈、水、雨衣和好鞋子，但對會發生什麼或在哪裡找到它知之甚少。徒步旅行約 3 個小時後，太陽在我們右邊的海洋中落下，我們可以看到熱浪在前面的熔岩流上方閃爍。我們的步伐加快了。我正要踏上下一個熔岩流時，我看到在一條裂縫中，熔岩流的內部是熾熱的紅色。事實上，我們周圍到處都是發紅的裂縫（圖 2）。很快，我們找到了一個地方，熔岩在表面流動，形成葉和舌狀物（稱為熔岩趾），凝固，然後在附近某處爆發（圖 3）。熱量很強烈，還有煙霧，但場景是原始而引人入勝的。其他幾組熔岩朝聖者也到了，我們都敬畏地站著，橙色的熔岩隨著天色變暗而脈動、流動和發出更強烈的紅光。在海崖附近，橙色的熔岩瀑布滑入海中，六英尺高的海浪撞擊著海崖。新土地！這是一次畢生的徒步旅行。
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當我們穿過熔岩流返回時，天色已晚。我曾在腦海中暫時地認為，這種新的、在白天實際上是閃亮的熔岩，會在黑暗中很好地反射頭燈，但事實並非如此。新月幾乎沒有光，很快一場暴雨來臨，遮擋了微弱的光線。我們跌跌撞撞地回到了帕霍伊霍伊熔岩流上。其他熔岩朝聖者也在痛苦地返回，他們的頭燈在黑暗中閃爍。我們加入了一對來自育空地區懷特霍斯的夫婦，我們 4 個頭燈足以共同選擇一條路。到晚上 9 點，我們基本上完好無損地回到了我們的車裡。那裡仍然停著幾十輛車，這表明許多準備充分或其他情況的熔岩朝聖者仍然在黑暗中。
我們看到的熔岩來自普`烏`奧`奧火山口（圖 4）。根據其顏色（黃色到紅色），它在最熱的時候可能仍然超過 1700°F，這意味著它在 7 英里的旅程中只冷卻了 300°F。這種最小的冷卻證明了冷卻的熔岩的良好絕緣值，因為這次旅行可能花費了一個多月的時間。這也是為什麼我能夠在仍然內部熾熱的熔岩流上行走而不會燒壞我的鞋子的原因，它也有助於解釋熔岩管的普遍存在。我們看到的熔岩趾（也許我們可以看到六個）的累積排放率約為 0. 05 立方米/秒，而普`烏`奧`奧火山口可能以 1 到 10 立方米/秒的速度噴出熔岩，這表明我們看不到還有數十個甚至數百個其他熔岩趾在滲出。也許從直升機上的空中視角會證實這一切。儘管如此，在沒有專家監督的情況下站在離活動熔岩流 3 英尺的地方還是值得一提的。（有關更多資訊，請參見此處和此處）。
兩天後，我們前往莫納克亞山（圖 5）。從深海深淵（低於海平面約 10,000 英尺）到山頂（13,796 英尺）測量時，它可能是地球上最高的山脈。山頂是幾個大型望遠鏡和天文臺的所在地，在山頂下方是海拔 13,020 英尺的懷奧湖。神聖的湖泊被凍住了。在湖上方的火山碎石斜坡上，我們可以看到獨特的石條紋，細粒的棕色條紋與較深的灰色礫石和卵石條紋交替出現。我從華盛頓大學的同事伯納德·哈雷特博士那裡聽說了這些條紋。它們是大自然中自組織的一個顯著例子，這種自組織源於隨機過程。它們也是低溫圈特徵連續體的一部分，包括排序圓、多邊形圖案地面和排序條紋。自組織一直吸引著科學家，因此有大量關於該主題的文獻。
製作石條紋所需的成分是粒土（細土基質中鵝卵石和卵石的混合物）（圖 6），一個斜坡（介於 5° 和 15° 之間）（圖 7），充足的土壤水分（15% 到 25%）以及頻繁的凍融迴圈。形成條紋的因素是針狀冰（圖 8 和 9）。這種奇特的冰實際上在世界各地都很常見（有關一些不錯的針狀冰照片以及稱為霜花的類似現象，請參見此處）。Le Conte 於 1850 年首次描述了它，據報道，它廣泛分佈於中緯度地區以及許多高山和高緯度地區。它在寒冷晴朗的夜晚由於土壤表面的輻射冷卻而形成。
起作用的確切過程已經爭論了 60 多年，但基本上水透過土壤中的孔隙向上移動，原因是毛細管吸力或凍結前沿的向下推進使較深的土壤水分加壓。在土壤表面下方，水被過冷（低於 32°F），因此當水出現時，它會非常迅速地凍結。土壤中孔隙的小直徑確保向上滲流以一系列非常薄的水絲的形式發生，從而產生針狀冰尖。針在底部生長，將凍結的部分推得越來越高。該過程可以輕鬆地抬起土壤和岩石顆粒。針狀冰的實驗室生長表明，土壤水分的量、土壤中細顆粒的量以及土壤中的溫度結構都會影響針是否會生長，以及生長速度和高度。
然而，單憑針狀物不足以產生石條紋。為此，需要一種分類機制。它由融化的冰針和重力提供。由於針狀物垂直於一般表面（對於莫納克亞山約為 15°）生長，當它們在溫暖的白天融化並變弱時，它們會彎曲並優先向下坡落下（圖 10）。最初由針狀物支撐的石頭也向下坡落下。透過這個過程，一些區域變得富含石頭，而另一些區域則變得貧瘠。
隨後的針狀物生長在富含石頭的區域受到抑制，因為它們的含水量低，但在細粒區域仍然很活躍，最終導致兩者之間的高度略有不同。現在，區域性坡度實際上既向下傾斜，又遠離細粒土壤區域。這種反饋效應確保在隨後的針狀冰事件中，石頭更有效地移動到土壤條紋的兩側。
當我們開車返回莫納克亞山，朝海灘方向駛去時，我驚訝地發現，在形成石條紋和熔岩環的過程中，實際上有一些驚人的相似之處。兩者都是透過液體的凍結產生的，儘管在地球表面發現岩石處於液態狀態需要非常不尋常的情況。在這兩種情況下，冷卻速率都非常重要，決定著條紋或環是否會形成、形成速度以及它們將採取的形式和形狀。坡度也是一個重要因素，儘管條紋需要健康的坡度，而帕霍伊霍伊熔岩流則需要低得多的坡度。這兩種過程都在美麗的夏威夷島上產生了異常引人注目的地質特徵。
阿羅哈！
圖片： 地圖：美國地質調查局 (USGS)。 作者照片：伊麗莎白·斯特姆 (Elizabeth Sturm)。 其餘所有圖片：馬修·斯特姆 (Matthew Sturm)