Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Почему в некоторых местах Арктической низменности ( низменность на севере Аляски, у побережья Северного Ледовитого океана) и в некоторых районах субарктической тундры земля покрыта мерзлотными полигонами — огромными многоугольниками изо льда? Ледяные блоки уходят на несколько метров под землю, а их ширина достигает ста метров.

ОТВЕТ •Когда температура почвы опускается ниже точки замерзания, поверхностные слои почвы уплотняются и проседают, за счет чего на поверхности возникают напряжения. В некоторых местах эти напряжения могут быть настолько велики, что земля, как высыхающая лужа грязи, растрескивается. Со временем трещина в земле растет и вертикально вниз, и, даже существенно интенсивнее, в горизонтальном направлении. Она сама является источником напряжений, раздвигающих грунт. Когда трещина приближается к уже существующей трещине, под действием этих напряжений она поворачивается и пересекается со старой трещиной под углом, близким к прямому. Если несколько трещин пересекаются друг с другом, образуются многоугольники.

Когда трещина образовалась, в нее набивается снег или ее покрывает изморозь, а иногда в трещину попадает талая вода, которая потом замерзает. Так формируются границы ледяных клиньев, из которых затем складываются многоугольники. Похожие многоугольники видны и на поверхности Марса, но там трещины заполнены песком, а не снегом или льдом. Эти гигантские полигоны образовались, вероятно, благодаря другим механизмам. Когда мы туда попадем, мы узнаем каким.

Почему зимой в местах с холодным климатом из земли «вырастают» камни? В некоторых районах, например в Новой Англии на северо-востоке США, «урожай камней» столь обилен, что их собирают и строят из них каменные заборы.

Почему кое-где «выбравшиеся» из-под земли камни образуют узоры в виде кругов, многоугольников и полос? Иногда эти узоры велики и столь упорядочены, что выглядят искусственными. Например, на норвежском острове Шпицберген можно видеть поражающие воображение каменные круги, внутри которых камней нет. Что является причиной образования этих различных по форме массивов камней?

ОТВЕТ •Появление камней на поверхности связано с выпучиванием на морозе, о котором говорилось выше. В начале зимы граница промерзания, глубина, на которой температура равна 0°C, постепенно опускается. Если на ее пути оказывается камень, это место она проходит быстрее, чем окружающую его почву. Это связано с тем, что у камня теплопроводность выше, кроме того, в почве имеется вода, которая при замерзании выделяет тепло. Когда граница промерзания опускается ниже камня, к нему примерзает вода из окружающей его снизу и с боков еще не замерзшей почвы. «Лишняя» вода, замерзая, расширяется и толкает камень вверх. Всякий раз, когда камень продвигается вверх, под него понемногу подсыпается почва, укрепляя его в новом положении, так что позже, когда лед растает, опуститься камень не может. После нескольких циклов замерзания-таяния камень достигает поверхности земли, и, возможно, там он пригодится кому-то для забора.

Мигрирующие вверх камни были обнаружены в вертикальных разрезах песчаного дна высохших в незапамятные времена рек. Вдоль стенок таких разрезов камни встречались на разной высоте. Над камнем песок был плотнее, а под камнем был заметен след, вероятно, отмечавший его путь наверх: камень поднимался, а песок заполнял пустоты.

Узоры из камней своим появлением обязаны выпучиванию на морозе, происходившему с завидным постоянством в течение веков. Когда камни выталкиваются из земли, они влияют на скорость, с которой граница промерзания под ними опускается, а это, в свою очередь, влияет на то, как движутся вверх другие камни. При образовании холма выпучивания ( пинго ) вдоль его склонов случаются обвалы, приводящие к скоплению камней. Другие камни скатываются с уже образовавшихся выступов из камней, удлиняя их. Когда камней очень много, из них формируются круги, многоугольники или лабиринты; если камней не так много, появляются каменные острова, а на склонах образуются каменные полосы. Похожие каменные узоры были обнаружены на Марсе. Считается, что это свидетельство существования там подземных вод и чередующихся процессов их замерзания и таяния.

Почему в районах с холодным климатом большие валуны, возвышающиеся на склонах, постепенно сползают вниз? След от такого камня напоминает борозду, оставленную великаном, вспахавшим поле: перед валуном возвышается земляной холм, а позади него большая вмятина.

ОТВЕТ •Процессы замерзания и таяния почвы вокруг валуна ослабляют его сцепление с землей. Когда вода в почве (как та, что изначально была вблизи камня, так и та, что поднимается к камню из нижних слоев) замерзает, она расширяется, и валун слегка приподнимается.

Когда земля оттаивает, вода (в почве и талая вода из снега вокруг валуна) размягчает почву. Под действием силы тяжести валун немного смещается вниз по склону. Двигаясь, он толкает перед собой землю, из которой образуется холм, а за собой оставляет глубокий след. Однако сдвинуться валун может только чуть-чуть, поскольку ниже по склону почва не так насыщена водой и не такая мягкая.

Когда я только поступил в Массачусетский технологический институт, студенты-старшекурсники рассказывали историю о студенте, назовем его Фредом, который был очень зол на другого студента, пусть он будет Гарри. Однажды, когда Гарри не было дома, Фред пробрался к нему в комнату в общежитии. С собой у него были дохлая кошка и большой бак с жидким азотом. И то и другое он позаимствовал в лаборатории.

Ухватив кошку за хвост, он опустил ее в бак и держал там до тех пор, пока она не охладилась до температуры жидкого азота. Затем он вытащил ее, раскрутил и с силой швырнул в стенку. Кошка разбилась, и ее мелкие кусочки разлетелись по всей комнате, покрыв кровать, стены и потолок. Через несколько минут эти кусочки оттаяли, и комната превратилась в нечто невообразимое. Студенты Массачусетского технологического института вообще славились изощренными проделками, и далеко не всегда их шутки были безобидными. Я надеюсь, что эта история относится к разряду местных легенд, которые распускали студенты старших курсов для устрашения младших.

Нечто похожее описано в рассказе Элизабет Мид-Смит и Роберта Юстейса о тайне запертой комнаты. Рассказ, опубликованный в 1901 году в журнале The Strand Magazine, назывался «Человек, который исчез». Над главным героем, Оскаром Дигби, нависла серьезная опасность: его пригласили на обед некие люди, считавшие, что ему известно, где хранятся несметные сокровища. Полиция, предупрежденная об этой встрече заранее, окружила дом, куда зашел Дигби. Даже мышь не могла проскользнуть через полицейский кордон. В полночь полицейские ворвались в дом и тщательно обыскали его. Но даже разобрав стены, они не обнаружили никаких следов Дигби. Приглушенный стук, который полицейские слышали, ожидая Дигби снаружи, — единственное, чем они располагали для разгадки этого таинственного исчезновения. Что же случилось с Дигби?