طبیعت پر از الگوهای تکراری است که بخشی از زیبایی جهان ما هستند. یک تیم بین‌المللی، از جمله محققی از دانشگاه واشنگتن، از ابزارهای مدرن برای توضیح الگوهای تکراری سنگ‌هایی که در مناظر سرد تشکیل می‌شوند، استفاده کردند.
مطالعه جدید، که در 5 اکتبر در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شد، از ابزارهای تجربی استفاده می کند تا نشان دهد که چگونه سوزن های یخی که به طور تصادفی روی زمین یخ زده رشد می کنند، می توانند سنگ ها را به تدریج به سمت الگوهای منظم و تکرار شونده حرکت دهند. این تیم که عمدتاً در چین و ژاپن مستقر هستند، از ترکیبی از آزمایش‌های جدید و مدل‌سازی رایانه‌ای برای توصیف این ویژگی‌های چشمگیر با بینش‌های نظری جدید استفاده می‌کنند.
برنارد هالت، یکی از نویسندگان، استاد بازنشسته علوم زمین و فضا و عضو مرکز تحقیقات کواترنر، می‌گوید: «وجود این الگوهای شگفت‌انگیز که بدون هیچ مداخله‌ای از سوی انسان ایجاد می‌شوند، در طبیعت بسیار چشمگیر است. "مثل یک باغ ژاپنی است، اما باغبان کجاست؟"
Hallet در مطالعه الگوهایی که در مناطق قطبی، کوهستانی مرتفع و سایر محیط های سرد شکل می گیرند، تخصص دارد. یکی از دلایل الگوها یخ سوزنی است. با کاهش دما، رطوبت موجود در خاک تبدیل به بلورهای یخ می شود که از زمین بیرون زده اند.
"وقتی بعد از یک شب یخبندان در حیاط خلوت بیرون می روید و زیر پا احساس می کنید، احتمالاً روی یخ سوزنی راه می روید."
همانطور که یخ سوزنی شکل می گیرد، ذرات خاک و در صورت وجود سنگ های کوچک را به سمت بالا فشار می دهد. هالت گفت: یخ سوزنی بیشتری می تواند روی تکه هایی از خاک لخت در مقایسه با مناطق پوشیده از سنگ تشکیل شود.سوزن‌های یخ، سنگ‌های باقی‌مانده را کمی جابه‌جا می‌کنند. در طول سال‌ها، سنگ‌ها شروع به خوشه‌بندی در گروه‌ها می‌کنند و تکه‌های برهنه را اساساً بدون سنگ می‌گذارند.
هالت گفت: "این نوع رشد انتخابی شامل بازخوردهای جالبی بین اندازه سنگ ها، رطوبت در خاک و رشد سوزن های یخ است."
Hallet قبلاً مقاله علمی دیگری از نویسنده اول Anyuan Li را که قبلاً در دانشگاه Shaoxing و اکنون در دانشگاه Tsukuba در ژاپن بود بررسی کرده بود. این دو شروع به همکاری کردند که تخصص دیرینه هالت در بررسی الگوهای طبیعت را با لی و پیشینه همکارانش در علوم تجربی و مدل‌سازی کامپیوتر ترکیب می‌کند.
نویسنده ارشد Quan-Xing Liu در دانشگاه عادی شرق چین از آزمایشات میدانی و آزمایشگاهی برای درک الگوهای خود سازماندهی شده در طبیعت استفاده می کند. برای این مطالعه، چیدمان آزمایشی یک مربع مسطح از خاک مرطوب کمی بیش از 1 فوت در هر طرف بود (0.4 متری) که با سنگ هایی با فاصله یکنواخت روی سطح شروع شد. محققان این آزمایش را در 30 چرخه انجماد و ذوب انجام دادند. در پایان آن زمان، الگوهای منظم ظاهر شدند.
هالت گفت: «ویدیوها بسیار چشمگیر هستند و نشان می‌دهند که یخ فقط بالا می‌آید و در یک چرخه سنگ‌ها را به سمت بالا هل می‌دهد و آنها را کمی به سمت کنار می‌برد. "به دلیل آن آزمایش‌ها و توانایی افراد درگیر در تجزیه و تحلیل آن نتایج، ما توصیفات کمی و ملموس‌تری از این ویژگی‌ها داریم."
آزمایش‌های بیشتر به چگونگی تغییر الگو بسته به غلظت سنگ‌ها، شیب زمین و ارتفاع سوزن‌های یخ پرداختند که این نیز تحت تأثیر غلظت سنگ است. بر اساس آن نتایج، نویسندگان یک مدل کامپیوتری نوشتند که پیش‌بینی می‌کند بسته به غلظت سنگ‌ها روی سطح مستعد یخبندان، چه الگوهایی ظاهر می‌شوند.
سایر نویسندگان مشترک در مطالعه جدید نوریکازو ماتسوکا در دانشگاه تسوکوبا هستند. فوجون نیو در دانشگاه صنعتی چین جنوبی؛ جینگ چن و ونسی هو در دانشگاه عادی چین شرقی. دشنگ لی در دانشگاه شانگهای جیائو تونگ در چین؛ Johan van de Koppel در دانشگاه گرونینگن در هلند؛ و نایجل گلدنفلد در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو.
این تحقیق توسط برنامه تحقیقاتی و اکسپدیشن علمی فلات دوم تبت تامین شد. انجمن ژاپن برای ترویج علم؛ بنیاد ملی علوم طبیعی چین؛ آکادمی علوم چین؛ و شورای بورس تحصیلی چین.
