værd at vide

Værd at Vide: Sådan placerer naturen sten på ispiedestaler

Illustration: Nanna Skytte / Ingeniøren

På Bajkalsøen i det sydlige Sibirien kan man lejlighedsvis om vinteren opleve et af naturens mere forunderlige syn: halvstore sten, der balancerer på en tynd ­piedestal af is over den frosne sø. De ­kaldes zensten, da de minder om de balancerende sten, man kan finde i japanske zenhaver.

Men hvordan er de havnet der?

Det spørgsmål har fascineret ­Nicolas Taberlet fra Université Lyon i Frankrig. I en artikel i Physics Today beskriver han den forskning, han sammen med sin kollega og navnebror Nicolas Plihon har gennemført for at finde en troværdig forklaring. De to franske forskere satte sig for at undersøge den hypo­tese, at det skyldes sublimation, dvs. direkte overgang fra fast form til dampform, af molekylerne i isen.

Hvis det er tilfældet, kræver det en række specielle ­meteorologiske forhold. For det første skal det naturligvis være uafbrudt frost i en lang periode, for det andet skal isoverfladen være snefri i flere uger. Bajkalsøen opfylder disse betingelser, da lufttemperaturen er under nul grader fem måneder af året, og nedbøren er meget sparsom om vinteren. Det betyder, at smeltning af isoverfladen ikke kan finde sted. Den lave luftfugtighed vil ­derimod få isen til at sublimere med en ­hastighed, som Taberlet skønner er 2 mm om dagen.

Øverst en sten, der på Bajkalsøen balancerer på en piedestal af is. Nederst samme situation genskabt i et frysetørringsanlæg med en metalskive. Illustration: Olga Zima

En sten, som naturen eller menne­sker har kastet hen over isen, vil blokere for sollyset, og dermed forhindre sublimation under stenen. Den virker simpelthen som en parasol. Denne form for ­fjernelse af materiale, som gradvist gør den ­bærende piedestal tyndere og ­højere, kaldes for differentiel ablation. Taberlet forklarer, at levetiden for piedestalen rundt regnet er det halve af stenens bredde divideret med ablationshastigheden på de ca. 2 mm pr. dag. Det giver omkring 40 dage for den sten fra Bajkalsøen, som er vist på billedet.

I princippet kunne man tænke sig, at stenen med sit tryk på isen vil ændre isens smeltepunkt, så der rent faktisk skete en smeltning. Men for de mindre sten er dette tryk slet ikke nok til at igangsætte smeltning, og skulle det ske, ville det blot betyde, at stenen sank ned i isen – ikke at den blev løftet op. At piedestalen er skabt af erosion af ispartikler, som vinden kan sende over den frosne sø, kan også udelukkes, da piedestalens overflade er fuldstændig glat.

Taberlet og Plihon søgte at gøre naturen kunststykket efter i laboratoriet. De placerede en lille aluminiumsskive, der skulle gøre det ud for stenen, på en isblok i et kommercielt frysetørringsapparat, hvor temperatur, tryk og fugtighed fremmer sublimation. Varmekilden var ikke sollys, men infrarød varmestråling fra ydervæggene, som havde stuetemperatur. I laboratorieforsøget var den naturlige ablationshastighed ca. fem gange så stor som på Bajkalsøen, hvilket gjorde det muligt at speede processen op. Resultatet efter 40 timer ses på illustrationen. Nogle forsøg blev udført med kobberskiver med andre termiske egenskaber. Det havde ingen indflydelse på resultatet og viste, at parasoleffekten var hovedforklaringen på fænomenet.

En afgørende forskel er der dog på piedestalerne i naturen og i laboratoriet. I naturen ses en lille fordybning i isen omkring piedestalen. Den skyldes, at stenen ikke kun afgiver en skygge, men også en varmestråling efter den er opvarmet af sollyset. Det er denne varmestråling, der giver den ekstra fordybning i isen. Samme mekanisme optrådte ikke i frysetørreren med brug af metalskiver. Taberlet giver et lidt mere makabert eksempel på, at de termiske egenskaber af ­objektet ikke har noget betydning for dannelsen af piedestalen: Frosne lig af pingviner kan i sjældne tilfælde findes på ispiedestaler i Antarktis!

Det er interessant i sig selv at kende forklaringen på et fascinerende fænomen på kloden, men det kan også have betydning for forholdene på andre legemer i solsystemet. Nasa har et koncept liggende omkring et landingsmodul, der skal sendes til Jupiters isbelagte måne Europa. Her kan man sagtens forestille sig, at sublimation og para­sol­effekten kan forstyrre stabiliteten, så fartøjet mister fodfæstet et stykke tid efter at være landet.