خبر

  • تک بورد - فیزیکدانان ممکن است مورد سنگ های

    فیزیکدانان ممکن است مورد سنگ های "ذن" را که بر روی پایه های یخ تعادل دارند شکسته باشند
    26 روز و 19 ساعت قبل

    این سنگ سایه ایجاد می کند و باعث تغییراتی در تصعید یخ های اطراف می شود
    در فصل زمستان از دریای کوچک دریاچه بایکال در روسیه دیدن کنید و احتمالاً یک پدیده غیرمعمول را مشاهده خواهید کرد: صخره ای مسطح که بر روی پایه نازکی از یخ تعادل دارد. برای چیدن سنگهای ذن رایج در باغهای ژاپنی. گاهی اوقات این پدیده را تشکیلات ذن بایکال می نامند. توضیح معمولی در مورد نحوه شکل گیری این سازندها این است که سنگ نور

    بر اساس مقاله جدیدی که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است ، دو فیزیکدان فرانسوی بر این باورند که معمای نحوه شکل گیری این ساختارها را حل کرده اند و راه حل آنها هیچ ارتباطی با هدایت حرارتی سنگ ندارد. به بلکه آنها تشکیل را به پدیده ای موسوم به تصعید نسبت می دهند که در آن برف یا یخ بدون عبور از فاز آبی مستقیماً به بخار تبخیر می شود. به طور خاص ، سایه ایجاد شده توسط سنگ مانع سرعت تصعید یخ های اطراف در مجاورت آن می شود ، در حالی که یخ دورتر با سرعت بیشتری تصعید می شود.

    بسیاری از تشکیلات مشابه به طور طبیعی در طبیعت مانند هودو ( ساختارهای بلند و دوک شکل که طی میلیونها سال در داخل سنگ رسوبی شکل می گیرد) ، سنگ قارچ یا پایه های سنگی (پایه توسط باد شدید گرد و خاکی فرسوده شده است) و میزهای یخچالی (سنگ بزرگی که به طور نامطمئن بر روی یک پایه باریک یخ نشسته است) به اما مکانیسم های اساسی شکل گیری آنها می تواند بسیار متفاوت باشد.

    خواندن بیشتر

    ریاضیدانان ممکن است راز نحوه شکل گیری "جنگل های سنگی" را کشف کرده باشند

    به عنوان مثال ، همانطور که سال گذشته گزارش دادیم ، تیمی از ریاضیدانان کاربردی از دانشگاه نیویورک این موضوع را مورد مطالعه قرار دادند. "جنگل های سنگی" رایج در مناطق خاصی از چین و ماداگاسکار. این سازه های سنگی نوک تیز ، مانند جنگل سنگی معروف در استان یوننان چین ، در نتیجه حل شدن مواد جامد در مایعات در حضور گرانش است که جریانهای همرفت طبیعی را ایجاد می کند.

    در سطح ، این جنگل های سنگی به نظر می رسند تقریباً شبیه "penitentes" است: ستون های برفی یخ که در هوای بسیار خشک تشکیل شده و در یخچال های طبیعی آند یافت می شود. چارلز داروین در سال 1839 در طول سفر خود در مارس 1835 ، در مورد راههای توفان در مسیر سانتیاگو ، شیلی ، به شهر مندوزا آرژانتین ، راه خود را از طریق مزارع برفی پوشیده از پانیتنتها نشان داد. فیزیکدانان توانسته اند نسخه های مصنوعی penitentes را در آزمایشگاه بازسازی کنند. اما توبه ها و جنگل های سنگی از نظر مکانیسم های دخیل در شکل گیری آنها کاملاً متفاوت هستند. سنبله های یک جنگل سنگی توسط جریان هایی تراشیده شده است که نقش مهمی در شکل گیری penitentes ایفا نمی کند.

    تبلیغات

    برخی از فیزیکدانان پیشنهاد کرده اند که هنگامی که نور خورشید برف را مستقیماً به بخار تبخیر می کند ، penitentes شکل می گیرد (تصعید ) تاج ها و فرورفتگی های کوچکی شکل می گیرد و نور خورشید در آنها محبوس می شود و گرمای اضافی ایجاد می کند که حفره های عمیق تری را ایجاد می کند و سطوح خمیده به نوبه خود به عنوان یک عدسی عمل می کنند و فرایند تصعید را بیشتر می کند. یک پیشنهاد جایگزین ، مکانیزمی اضافی را برای در نظر گرفتن فاصله های عجیب و غریب ثابت penitentes اضافه می کند: ترکیبی از انتشار بخار و انتقال حرارت که باعث ایجاد گرادیان شدید و در نتیجه ، سرعت تصعید بالاتر می شود.

     سنگ های ذن در طبیعت ، در دریای کوچک دریاچه بایکال (a ، b) ؛ در آزمایشگاه (c) ؛ و در شبیه سازی های عددی (d). (a) عکس گرفته شده توسط O. Zima. (b) عکس گرفته شده توسط A یاناروف. بزرگ کردن/سنگ های ذن در طبیعت ، در دریای کوچک دریاچه بایکال (a ، b) ؛ در آزمایشگاه (ج) ؛ و در شبیه سازی های عددی (d). (الف) عکس گرفته شده توسط O. Zima. (ب) عکس گرفته شده توسط A. Yanarev. نیکولاس تابرلت/نیکولاس پلیون

    در مورد سازندهای سنگی بایکال ذن ، طبق نظر نویسندگان همکاران نیکلاس تابرلت و نیکولاس پلیون ، این فرایند شبیه فرضیه تصعید برای توبه کنندگان است. CNRS در لیون ، فرانسه. در اوایل ماه جاری ، آنها یک مطالعه تا حدودی مرتبط در Physical Review Letters در مورد شکل گیری طبیعی میزهای یخچالی (سنگی که توسط ستونی باریک از یخ پشتیبانی می شود) منتشر کردند. آنها توانستند میزهای یخچال طبیعی مصنوعی در مقیاس کوچک در یک محیط کنترل شده تولید کنند و دو اثر متقابل را پیدا کردند که شروع تشکیل میز یخچال طبیعی را کنترل می کند. شار باعث می شود کلاهک در یخ فرو رود. برای یک درپوش بزرگتر با هدایت حرارتی کمتر ، کاهش شار حرارتی از این واقعیت ناشی می شود که دمای آن بالاتر از یخ اطراف است و یک میز را تشکیل می دهد.

    برای این آخرین مطالعه ، Taberlet و Plihon می خواستند برای کشف مکانیسم های اساسی در پشت شکل گیری طبیعی ساختارهای بایکال ذن. نویسندگان می نویسند: "کمیابی این پدیده ناشی از نادر بودن لایه های یخ ضخیم و مسطح و عاری از برف است که نیاز به شرایط طولانی مدت آب و هوای سرد و خشک دارد." "سوابق آب و هوا نشان می دهد که ذوب یخ تقریباً غیرممکن است و در عوض ، شرایط آب و هوایی (باد ، دما و رطوبت نسبی) به دنبال تصعید است ، که مدتهاست مشخص شده است که ویژگی منطقه دریاچه بایکال است."

    بنابراین محققان برای آزمایش فرضیه خود تلاش کردند تا این پدیده را در آزمایشگاه بازتولید کنند. آنها از دیسک های فلزی به عنوان آنالوگ های تجربی سنگ ها استفاده کردند و دیسک ها را روی سطح بلوک های یخ در یک لیوفیلیزر تجاری قرار دادند. این ابزار مواد را منجمد می کند ، سپس فشار را کاهش می دهد و گرما را اضافه می کند ، به طوری که آب یخ زده تصعید می شود. بازتاب بالای دیسک های فلزی در مقایسه با سنگ ها باعث می شود که دیسک ها در اتاقک های لیوفیلیزر بیش از حد گرم نشوند.

    تبلیغات

    هر دو دیسک آلومینیومی و مسی سازه های بایکال ذن را تولید می کردند ، هرچند مس دارای دو برابر رسانایی حرارتی آلومینیوم است. به نویسندگان نتیجه گرفتند که بنابراین ، خواص حرارتی سنگ عامل مهمی در این فرایند نیست. نویسندگان می نویسند: "دور از سنگ ، میزان تصعید توسط نور پراکنده خورشید کنترل می شود ، در حالی که در مجاورت آن سایه ای که ایجاد می کند مانع فرایند تصعید می شود." "ما نشان می دهیم که سنگ فقط به عنوان چتری عمل می کند که سایه آن مانع تصعید می شود ، بنابراین از یخ زیر محافظت می کند ، که منجر به تشکیل پایه می شود." Taberlet و Plihon همچنین دریافتند که فرورفتگی یا فرورفتگی اطراف پایه ، ناشی از تابش مادون قرمز بسیار دور از خود سنگ (یا دیسک) است که باعث افزایش نرخ کلی تصعید در مجاورت آن می شود.

    علیرغم شکل مشابه دو سازند ، با فرایندی که به جداول یخچال منتهی می شود کاملاً متفاوت است. در مورد میزهای یخچالی ، اثر چتر تنها یک عامل ثانویه در مکانیسم زیرین است. نویسندگان می نویسند: "جداول یخچالی زمانی روی یخچال های کم ارتفاع ظاهر می شوند که شرایط آب و هوایی باعث ذوب شدن یخ به جای تصعید شود." "آنها در هوای گرم شکل می گیرند در حالی که یخ در 0 درجه سانتیگراد باقی می ماند ، در حالی که سنگ های ذن در هوای سردتر از یخ تشکیل می شوند." در جهان ، از آنجا که تصعید یخ باعث ایجاد توبه در پلوتو شده و بر شکل گیری منظره در مریخ ، پلوتون ، سرس ، قمرهای مشتری ، قمرهای زحل و چندین دنباله دار تأثیر گذاشته است. نویسندگان نتیجه گرفتند: "در واقع ، پروژه Europa Lander ناسا به دنبال امضای بیولوژیکی روی قمر پوشیده از یخ مشتری است ، که در سطح آن تصعید افتراقی ممکن است ثبات لندر را تهدید کند ، و این باید کاملاً درک شود.

    DOI: PNAS ، 2021. 10.1073/pnas.2109107118 (درباره DOI ها).





خبرهای دیگر از علوم پایه