北京
北极冻土覆盖的山坡上，那些看起来像"巨型阶梯"的梯田状土壤，到底是怎么形成的？这个问题困扰了科学家很久。最近，一项发表在AGU Advances上的研究给出了一个出人意料的解释——答案可能藏在厨房里一种用玉米淀粉和水调成的混合物中。
先说说这些"阶梯"是什么。在北极地区，冻土覆盖的山坡上会出现各种几何纹理，从圆形、条纹到多边形图案，不一而足。其中有一种叫冻融泥流（solifluction）的形态，是部分融化的永久冻土沿坡下滑时留下的痕迹。它们看起来像平坦的梯田状土壤，如同一个巨大的阶梯，与梯田底部圆形的土壤块状物组合在一起。
随着气候变化加剧冻土融化，理解这些图案的形成方式，对预测和修复北极地区不稳定的坡面至关重要。而且，科学家已经在火星表面发现了类似地形，研究这些图案还有助于了解火星过去的气候状况。
冻土移动有多慢？
冰冻土壤的移动速度极其缓慢，每年仅移动几毫米到几厘米。但它的行为却十分复杂，有时像流体，有时又像固体。这种复杂性源于水分和温度的季节性变化，以及土壤本身的固有物理规律。
正因为这种"既像流体又像固体"的复杂行为，冻融泥流形态的形成机制一直难以解释。研究人员排除了其他常见的流体类比物，比如墙上的油漆滴落、熔岩褶皱中的屈曲不稳定性以及滚动波。他们回顾了土壤学文献，运行了基于物理过程的计算机模型，对梯田与叶状结构的形成进行了模拟，并对不同流体行为进行了数学建模。
厨房里的意外发现
最终，他们找到了一个合适的类比物：在一种名为Oobleck的非牛顿流体中形成的波浪。Oobleck是一种由玉米淀粉和水混合而成的非牛顿流体，在不同应力下，其速度会发生变化。与直觉相反，施加的压力越大，它就越难被推动。
这种材料常被用于教学实验，因为它具有独特的物理性质。研究人员发现，Oobleck的特性与他们在自然界观测到的冻土地貌特征高度吻合。土壤湿度的差异可能导致土壤流速不同，从而形成空间上不均匀的土壤堆积，最终在泥流过程再次开始之前坍塌。
模型虽好，但别急着下结论
不过，研究人员也坦诚指出了这一模型的局限性。Oobleck反映的仅仅是流变特性，也就是所研究土壤（或流体）的物质构成。现实世界中的冻土，远比玉米淀粉和水的简单混合物要复杂得多。
除此之外，地形和植被等因素也会影响其形态，而不仅仅是物质组成。土壤堆积的前提是必须存在一个隆起结构，同时还需要足够的土壤湿度来积累冰层。
研究人员希望在实地验证他们的模型，但由于这些地貌特征的形成需要数百年甚至更长时间，直接观察其演变过程极为困难。不过他们也表示，这并非不可能，他们决心尝试。
这项研究发表在AGU Advances上（DOI: 10.1029/2026AV002392）。所以下次你在厨房里搅拌玉米淀粉时，或许可以想想——你手里这团黏糊糊的东西，正在帮科学家解开北极冻土和火星地形的秘密。
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