Феномен «дзен-камней» на Байкале объяснили физики

Ученые объяснили, как появляются такие необычные объекты.

Фото из открытых источников

Исследователи из CNRS и l’Université Claude Bernard Lyon 11 объяснили феномен «дзен-камней», появляющихся на своеобразных пьедесталах из льда на поверхности замерзших озер — в частности на озере Байкал. Такие камни получили прозвище в честь сложенных камней в японских садах. Они попадают на озера под воздействием сильного ветра.

Эти структуры являются результатом явления сублимации, которая заставляет тело — в данном случае лед — переходить из твердой в газообразную форму без промежуточной формы жидкости.

Физики обнаружили, что камень действует как своего рода зонтик, затеняя лишь небольшой столб льда от солнечного света и предотвращая его сублимацию, в результате чего образуется тонкая структура льда, поддерживающая камень.

«Камни дзэн — это удивительные природные сооружения, состоящие из камня, стоящего на тонком ледяном постаменте, происхождение которого долгое время неправильно понималось. Мы демонстрируем, что они вызваны изменением скорости сублимации окружающего льда, что приводит к медленному формированию пьедестала.

Понимание этого процесса проливает свет на другие дифференциальные процессы абляции, встречающиеся на ледяных поверхностях, такие как покрытые мусором ледники, существованию которых угрожает глобальное потепление», — пишут авторы работы.

Исследователи стремились изучить механизмы образования этих ледяных пьедесталов, воссоздав этот процесс в вакуумной камере в лаборатории. Диск из алюминия, представляющий камень, был помещен на глыбу льда, которая затем сублимировалась под инфракрасным излучением черного тела от стен камеры.

В отсутствие алюминиевого диска лед сублимировался изотропно (однородно), имитируя изотропию рассеянного солнечного света в пасмурный день. Когда диск был помещен на лед, исследователи наблюдали формирование пьедестала, хотя и с преднамеренно ускоренной скоростью. В природе такой процесс может занять несколько недель.

Ученые также использовали численное моделирование, чтобы понять, что происходит. Оно показало, что рассеянное солнечное излучение сублимирует поверхность льда, то есть превращает ее непосредственно в пар, минуя жидкую стадию. Ученые также объяснили происхождение углубления вокруг камней.

«Эффект зонтика является доминирующим в отношении общей динамики камней дзэн, но излучаемый камнем дальний инфракрасный свет является необходимым вторичным эффектом, который создает углубление, окружающее пьедестал», — пишут авторы исследования.