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圖案地面

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肯尼亞山穆吉丘下的圖案地面位於季節性霜凍區[1]。
加拿大西北地區圖克托亞圖克附近的一座冰核丘和多邊形地面。

圖案地面（Patterned ground）是冰緣區地表材料變形形成的獨特且通常對稱的幾何形自然形態，它通常出現在偏遠的北極地區、南極洲和澳大利亞內陸區，但也存在於所有土壤凍融交替的地方，在極度乾旱的阿塔卡馬沙漠和火星上也觀察到了圖案地面[2][3]。與圖案地面相關的幾何形狀和圖案常被誤認為是人類的藝術創作。圖案地面的形成機制長期以來一直困擾着科學家，但過去20年中計算機地質模型生成的引入，使科學家能夠將它們與凍脹—潮濕環境下，細粒多孔的土壤凍結時產生的膨脹聯繫起來。

類型

更多資訊：自然形態規律

圖案地面有各種形式。通常，給定區域內的圖案地面類型與局部土壤中較大石塊含量和凍融循環的頻率有關[4][5][6][7][8][9]。

極度乾旱的阿塔卡馬沙漠中龜裂土壤形成的圖案地面[2]。

多邊形

典型的北極苔原多邊形土壤圖案

多邊形可在永久凍土層（如冰楔）或受季節性霜凍影響的區域形成。構成這些凸起石環的岩石[6]。

在加拿大北方針葉林北部流域，當沼澤達到富營養化高潮並形成莎草墊時， 塔瑪拉克落葉松（Tamarack Larch）和黑雲杉（Black Spruce）通常是這種多邊形莎草墊高潮期的早期定居者[10]。

圓圈

部分融化和塌陷的冰土丘（在永久凍土中發現的隆起土堆）在斯瓦爾巴特群島上留下了圓圈形結構。

圓圈的大小從數厘米到數米不等，圓圈可以由分類和未分類的材質構成，通常在中心會出現細粒沉積物，周圍有一圈較大的石塊。未分類的圓也類似，但它們不是被較大的石塊環繞，而是以一圈植被邊緣為界線[11][6]。

台階

台階可以從圓形和多邊形展開，這種形式的圖案地面通常是一種階地狀特徵，在下坡側有較大的石頭或植被邊界，可以由分類或未分類的材料構成[4][6]。

條紋

「條紋」一般是構成坡度為2°至7°過渡階坡的岩石、植被和/或土壤帶。條紋可以由分類或未分類的材質組成。分類的條紋是被較小岩石、細粒沉積物或植被區隔開的較大岩石帶；而未分類的條紋通常則由裸露的地面隔開的植被或土壤帶[12][13][6]。

形成

火星極地區的圖案地面。
更多資訊：圖案形成

在冰緣地區和受季節性霜凍影響的地區，由於較小的岩石在較大岩石下面流動和沉澱，地下水的反覆凍融使得較大的岩石被推擠向地表。在地表，含大石塊多的區域其含水量較細粒沉積物集中的高多孔區要少得多。當凍融發生時，這些較細沉積物的飽水區具有更大的膨脹收縮力，導致側向力最終將較大的岩石堆積成簇狀和條帶狀。隨着時間的推移，反覆的凍融循環會使不規則和奇形怪狀的堆積物變得平滑，形成常見的多邊形、圓形和條紋圖案地面[14]。

圖案地面會出現在凍融交替循環的高山地區，例如，在肯尼亞山一些地方，季節性霜凍層就位於地表下數厘米（英寸）處[1]，因此在穆吉丘（Mugi Hill）以西3400米（11155英尺）的地方就出現了圖案地面[15]。這些土丘的生長是因為土地反覆凍融，吸收了更多的水。大約4000米（13123英尺）左右的地塊表面開裂形成六邊形，當夜間溫度使土壤凍結，然後在早晨再次解凍時，就會發生凍融作用。土壤每天的膨脹和收縮阻止了植被的形成[16]。

霜凍也會對地面沉積物進行分類，一旦覆蓋層風化，較細的顆粒傾向於從凍結邊緣移走，而更大的顆粒則通過重力作用遷移。圖案地面主要形成於永久凍土帶的活動層內[14][17]。

另請參閱

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 Grab, Stefan W.; Gatebe, Charles K.; Kinyua, Antony M. Ground Thermal Profiles from Mount Kenya, East Africa. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography. 2004, 86 (2): 131–141. ISSN 0435-3676. JSTOR 3566103. doi:10.1111/j.0435-3676.2004.00219.x. 
  2. ^ 2.0 2.1 Sager, Christof; Airo, Alessandro; Arens, Felix L.; Schulze-Makuch, Dirk. New type of sand wedge polygons in the salt cemented soils of the hyper-arid Atacama Desert. Geomorphology. 2021-01-15, 373: 107481 [2021-08-10]. ISSN 0169-555X. doi:10.1016/j.geomorph.2020.107481 可免費查閱. （原始內容存檔於2021-08-10） （英語）. 
  3. ^ Southern Hemisphere Polygonal Patterned Ground. Mars Global Surveyor: Mars Orbiter Camera. Malin Space Science Systems. [8 November 2013]. （原始內容存檔於2016-10-27）. 
  4. ^ 4.0 4.1 Patterned Ground. [21 September 2016]. （原始內容存檔於2017-03-29）. 
  5. ^ Ballantyne, C.K. Non-sorted patterned ground on mountains in the Northern Highlands of Scotland. Biuletyn Peryglacjalny. 1986, 30: 15–34. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 Allaby, Michael. A Dictionary of Geology and Earth Sciences. Oxford University Press. 2013: 429. ISBN 978-0-19-107895-8. 
  7. ^ Ólafur, Ingólfsson. Glacial Geology Photos. 2006 [March 4, 2007]. （原始內容存檔於2011-09-01）. 
  8. ^ Kessler M.A.; Werner B.T. Self-organization of sorted patterned ground. Science. January 2003, 299 (5605): 380–3. PMID 12532013. doi:10.1126/science.1077309. 
  9. ^ Marchant, D.R.; Lewis, A.R.; Phillips, W.M.; Moore, E.J.; Souchez, R.A.; Denton, G.H.; Sugden, D.E.; Potter Jr., N.; Landis, G.P. Formation of Patterned Ground and Sublimation Till over Miocene Glacier Ice in Beacon Valley, Southern Victoria Land, Antarctica. Geological Society of America Bulletin. 2002, 114 (6): 718–730. doi:10.1130/0016-7606(2002)114<0718:fopgas>2.0.co;2. 
  10. ^ C. Michael Hogan. 2008. Black Spruce: Picea mariana, GlobalTwitcher.com, ed. N. Stromberg （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
  11. ^ Hallet, Bernard. Stone circles: form and soil kinematics. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 2013, 371 (2004): 20120357. PMID 24191111. doi:10.1098/rsta.2012.0357 可免費查閱. 
  12. ^ King, R. B. Boulder polygons and stripes in the Cairngorm Mountains, Scotland. Journal of Glaciology. 1971, 10 (60): 375–386. doi:10.1017/s0022143000022073 可免費查閱. 
  13. ^ Ballantyne, Colin K. The sorted stone stripes of Tingo Hill. Scottish Geographical Journal. 2001, 117 (4): 313–324. doi:10.1080/00369220118737131. 
  14. ^ 14.0 14.1 Easterbrook, Don J. Surface processes and landforms 2nd. Prentice Hall. 1999: 418–422. ISBN 978-0-13-860958-0. 
  15. ^ Baker, B. H. Geology of the Mount Kenya area; degree sheet 44 N.W. quarter (with coloured map). Nairobi: Geological Survey of Kenya. 1967. 
  16. ^ Allan, Iain. The Mountain Club of Kenya Guide to Mount Kenya and Kilimanjaro. Nairobi: Mountain Club of Kenya. 1981. ISBN 978-9966985606. 
  17. ^ Perkins, S. Patterns from Nowhere; Natural Forces Bring Order to Untouched Ground. Science News. 17 May 2003, 163 (20): 314–316 [2021-08-10]. JSTOR 4014632. doi:10.2307/4014632. （原始內容存檔於2009-02-15）. 

外部連結

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