This is an authorized translation of an Eos article. Это авторизованный перевод статьи Эос (Eos).
Время от времени природа рождает нечто, завораживающее своей хрупкостью. Таковы дзен-камни, которые как бы парят над замерзшими озерами, их масса поддерживается тонкими, иногда почти невидимыми, ледяными пьедесталами. С помощью лабораторных экспериментов и численного моделирования ученые выяснили физические основы формирования дзен-камней. Как выяснилось, ключевую роль играет сублимация льда, что ставит дзен-камни в редкую компанию с другими сублимационными природными объектами, такими как кальгаспоры.
“Даже на Байкале они встречаются редко.”
Лучшее место для поисков камней дзен—это сибирское озере Байкал, где зимой постоянно холодно и сухо, а поверхность озера замерзает. Но вряд ли их можно встретить повсеместно, говорит участник группы Nicolas Taberlet, физик из Лионского университета (Франция). “Даже на Байкале они встречаются редко”.
Необъяснимая красота
В последние годы дзен-камни популяризируют фотографы-натуралисты. Фотограф из Сибири Olga Zima сделала снимок дзен-камня на озере Байкал, который взял высшие награды в недавнем конкурсе “Лучшие фотографии России”. По ее словам, этот снимок порождает чувство спокойствия. “Он символизирует равновесие природы.”
Несмотря на красоту камней дзен, убедительное объяснение их образования до сих пор не найдено. По словам Jeff Moore, планетарного геолога из Исследовательского центра Эймса (НАСА) в Моффетт-Филде (Калифорния), не принимавшего участия в исследовании, на личных сайтах и в блогах можно найти множество теорий, но эти идеи представляют собой в основном догадки. “Это пустые домыслы”.
В частности, уже долгое время существует идея, что камни дзен образуются при таянии окружающего их льда. Но это представление не имеет смысла, считает Мур, поскольку талая вода, скорее всего, дестабилизирует хрупкие конструкции. “Проточная вода будет стремиться подорвать пьедестал”.
В 2017 году Taberlet и его коллега Nicolas Plihon, физик из Национального центра научных исследований Франции, начали воспроизводить камни дзен в лаборатории. По словам Таберле, их мотивом было желание объяснить редкое природное образование. “В основном это делается ради красоты понимания чего-то интересного”.
Дзен в лаборатории
Исследователи установили металлический диск, имитирующий камень, диаметром 30 мм, на глыбу льда. Затем Таберле и Плион поместили всю экспериментальную установку в сублимационную сушилку, которая работала за счет откачки воздуха для снижения влажности в камере холодильника и обеспечения сублимации.
Таберле и Плион обнаружили, что лед, не покрытый диском, сублимирует со скоростью примерно 8-10 мм в день. Энергия, ответственная за эту сублимацию, исходила от почти равномерного инфракрасного излучения, первоначально испускаемого внешними стенками сублимационной сушилки, имевшими комнатную температуру, заключили специалисты. По мнению Таберле и Плиона, в природе происходит аналогичный процесс, поскольку значительная облачность над озером Байкал в зимний период рассеивает солнечный свет, уменьшая его направленность.
“Лед, находящийся вдали от камня, исчезает, а сам камень защищает лед непосредственно под ним.”
Лед непосредственно под диском сублимировался менее быстро, что приводило к образованию пьедесталов, характерных для камней дзен в природе, обнаружили исследователи. Таберле и Плион пришли к выводу, что сами камни в дзен-конструкциях, работают как миниатюрные зонтики, защищая находящийся под ними лед от инфракрасного излучения и тем самым снижая скорость сублимации. “Лед, находящийся вдали от камня, исчезает, а сам камень защищает лед, находящийся непосредственно под ним”, сказал Таберле.
Чтобы объяснить еще одну особенность камней дзен—характерные углубления, сохраняющиеся непосредственно под камнями и влияющие на их форму— исследователи обратились к численному моделированию. Они показали, что эти впадины можно объяснить дальним инфракрасным излучением самого камня. Эта энергия ответственна за локальное увеличение скорости сублимации в непосредственной близости от камня, предположили специалисты.
В будущем Таберле и Плион надеются более детально изучить процесс формирования дзен-камней в естественной среде. Они хотели бы поместить камни на замерзшую поверхность озера Байкал и в течение нескольких недель снимать процесс формирования дзен-камней. По словам Таберле, логичным продолжением было бы наблюдение за ростом этих элементов в природе. “Это был бы следующий шаг.”
—Katherine Kornei (@KatherineKornei), научный журналист
This news article is included in our ENGAGE resource for educators seeking science news for their classroom lessons. Browse all ENGAGE articles, and share with your fellow educators how you integrated the article into an activity in the comments section below.