راز سنگ‌های متحرک دره مرگ؛ مسابقه‌ای بدون راننده روی بستر خشک دریاچه

در سال ۱۹۱۵، یک جوینده معدن که در حال بررسی منطقه‌ای بود که امروز بخشی از پارک ملی دره مرگ (Death Valley National Park) است، متوجه پدیده‌ای عجیب شد: سنگ‌های بزرگی روی سطح خشک بیابان قرار داشتند و پشت سرشان ردهایی طولانی دیده می‌شد؛ انگار این سنگ‌ها خودشان حرکت کرده بودند.

این معما نزدیک به یک قرن ذهن دانشمندان و علاقه‌مندان زمین‌شناسی را درگیر کرد. سرانجام، پژوهشگران توانستند توضیح علمی این پدیده عجیب را پیدا کنند و حتی در سال ۲۰۱۴ برای نخستین بار حرکت سنگ‌ها را روی فیلم ثبت کنند.

پاسخ این معمای گیج‌کننده ترکیبی دقیق از یخ، آب و سنگ است؛ ترکیبی که روی سطح بستر خشک دریاچه، یک صفحه یخی شناور ایجاد می‌کند و این صفحه، سنگ‌ها را همراه خود جابه‌جا می‌کند.

پلایا چیست و چرا بستر دریاچه‌های خشک برای «مسابقه» مناسب‌اند؟

بسترهای خشک‌شده دریاچه‌های بیابانی که به آن‌ها پلایا (Playa) گفته می‌شود، به صاف و هموار بودن معروف‌اند. همین ویژگی باعث شده برخی از آن‌ها شرایطی ایده‌آل برای مسابقه و رکوردشکنی سرعت روی زمین داشته باشند.

یکی از مشهورترین نمونه‌ها، بونویل سالت فلتس (Bonneville Salt Flats) در شمال‌غربی یوتا (Utah) است. این منطقه روی کف شنی دریاچه عظیم دوران پلیستوسن (Pleistocene)، یعنی دریاچه بونویل (Lake Bonneville)، قرار دارد. بونویل به‌دلیل سطح تقریباً کاملاً صاف و وسعت بسیار زیادش، یکی از مقصدهای اصلی رانندگان جسوری است که می‌خواهند رکورد سرعت زمینی را بشکنند. طبیعی است که اگر قرار باشد با سرعتی بیش از ۷۰۰ مایل در ساعت حرکت کنید، به فضای زیادی نیاز دارید.

اما در گوشه شمال‌غربی پارک ملی دره مرگ، نوع دیگری از «مسابقه» از گذشته‌های بسیار دور جریان داشته است؛ مسابقه‌ای که در آن خبری از خودروهای تقویت‌شده و رانندگانی آماده شکستن دیوار صوتی نیست.

ریس‌ترک پلایا؛ جایی که سنگ‌ها ردپا می‌گذارند

در بستر خشک دریاچه‌ای واقع در کوه‌های کاتن‌وود (Cottonwood Mountains) در شرق کالیفرنیا (California)، منطقه‌ای به نام ریس‌ترک پلایا (Racetrack Playa) قرار دارد.

در اینجا به‌جای خودروهای مسابقه‌ای، سنگ‌های کوچک و بزرگی از جنس دولومیت (Dolomite) و سینیت (Syenite) دیده می‌شوند که روی دریایی از گل خشک و تخت پراکنده‌اند. وجود این سنگ‌ها به‌تنهایی عجیب نیست، چون کوه‌های اطراف هم از همین کانی‌ها ساخته شده‌اند.

چیزی که این سنگ‌ها را شگفت‌انگیز می‌کند این است که برخی از آن‌ها، با وجود وزنی تا حدود ۷۰۰ پوند، در پهنه بیابان حرکت می‌کنند و پشت سر خود ردهایی طولانی به جا می‌گذارند. این سنگ‌ها به نام سنگ‌های قایق‌ران یا سنگ‌های شناور (Sailing Stones) شناخته می‌شوند.

نظریه‌های اولیه؛ از باد روی گل لغزنده تا میدان مغناطیسی

از زمانی که جویندگان معدن در سال ۱۹۱۵ نخستین بار این سنگ‌های متحرک را دیدند، نزدیک به صد سال دانشمندان و کارشناسان دقیقاً نمی‌دانستند این سنگ‌ها چگونه روی بیابان حرکت می‌کنند.

بر اساس گزارش دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا (University of California Santa Barbara / UCSB)، برخی نظریه‌های اولیه می‌گفتند در زمان‌های نادری که باران، سطح پلایا را پر از آب می‌کند، گل آن‌قدر لغزنده می‌شود که باد می‌تواند سنگ‌ها را به جلو هل دهد.

نظریه‌ای عجیب‌تر و دور از ذهن‌تر هم مطرح شده بود: این# راز سنگ‌های روان در دره مرگ؛ مسابقه‌ای که بدون موتور برگزار می‌شود

ورود رالف لورنز به معما

سرانجام در سال ۲۰۱۱، پژوهشگری از دانشگاه جانز هاپکینز (Johns Hopkins University) به نام رالف لورنز (Ralph Lorenz)، همراه با کارشناسانی از ناسا (NASA)، دانشگاه آیداهو (University of Idaho)، مؤسسه علوم فضایی (Space Science Institute) و دانشگاه ایالتی پلی‌تکنیک کالیفرنیا (California Polytechnic State University)، تصمیم گرفت راز این پدیده را حل کند.

لورنز چند سال پیش‌تر، در جریان پروژه‌ای با ناسا، در حال نصب ایستگاه‌های هواشناسی در دره مرگ بود. این منطقه به‌قدری خشن و نامساعد است که به‌عنوان نمونه‌ای زمینی برای مطالعه شرایط مریخ به کار می‌رود. همان زمان، او برای نخستین بار سنگ‌های روان را دید و تصمیم گرفت معمای حرکت آن‌ها را بررسی کند.

آزمایش ساده روی میز آشپزخانه

نقطه عطف پژوهش لورنز نه در یک آزمایشگاه پیشرفته، بلکه روی میز آشپزخانه رخ داد. او در گفت‌وگویی با مجله اسمیتسونیان (Smithsonian Magazine) در سال ۲۰۱۳ توضیح داد که ایده اصلی را با آزمایشی بسیار ساده پیدا کرده است.

او گفت یک سنگ کوچک برداشت، آن را داخل ظرفی از نوع تاپروِر (Tupperware) گذاشت و ظرف را با آب پر کرد؛ به‌طوری که حدود یک اینچ آب در ظرف باشد و بخشی از سنگ از آب بیرون بماند. سپس ظرف را در فریزر گذاشت. نتیجه، صفحه‌ای از یخ بود که سنگی از میان آن بیرون زده بود.

بعد، لورنز این ترکیب سنگ و یخ را در سینی‌ای از آب قرار داد که کف آن شن ریخته شده بود. وقتی به‌آرامی به سنگ فوت کرد، سنگ روی سینی سر خورد و روی شن‌های زیر خود رد گذاشت.

او این فرایند را چنین توضیح داد: اساساً صفحه‌ای از یخ دور سنگ شکل می‌گیرد و سطح مایع تغییر می‌کند، به‌طوری که سنگ از گل بلند می‌شود و شناور می‌گردد. این یک صفحه کوچک یخ شناور است که انگار تیغه‌ای رو به پایین دارد و همان تیغه می‌تواند در گل نرم رد ایجاد کند.

به زبان ساده، راز سنگ‌های روان دره مرگ، تعادل دقیق میان آب، یخ و سنگ است.

راز واقعی؛ صفحه یخ شناور که سنگ‌ها را می‌برد

طبق مدل علمی لورنز و همکارانش، برای حرکت سنگ‌ها چند شرط باید هم‌زمان فراهم شود:

• سطح پلایا باید مقدار کمی آب داشته باشد.
• هوا باید آن‌قدر سرد شود که لایه‌ای نازک از یخ تشکیل شود.
• یخ باید اطراف سنگ‌ها را بگیرد.
• با تغییر سطح آب، سنگ‌ها تا حدی از گل جدا شوند.
• باد یا حرکت آرام صفحه یخ، سنگ‌ها را روی سطح پلایا بلغزاند.
• بخش پایین سنگ یا یخ، روی گل نرم رد ایجاد کند.

بنابراین سنگ‌ها واقعاً «جادویی» حرکت نمی‌کنند و نیازی هم به میدان‌های مغناطیسی نیست. آن‌ها توسط صفحه‌های نازک و شناور یخ جابه‌جا می‌شوند.

مدل علمی ۲۰۱۱ و ثبت تصویری در سال ۲۰۱۴

در سال ۲۰۱۱، لورنز و تیمش مدلی علمی منتشر کردند که این پدیده شگفت‌انگیز زمین‌شناسی زنده و در حال وقوع را توضیح می‌داد. اما اثبات تصویری پدیده چند سال بعد به دست آمد.

در سال ۲۰۱۴، پژوهشگران برای نخستین بار شواهد تصویری از حرکت سنگ‌ها ثبت کردند. ریچارد نوریس (Richard Norris)، نویسنده اصلی مطالعه سال ۲۰۱۴، آن زمان گفت علم گاهی عنصری از شانس دارد. آن‌ها انتظار داشتند شاید پنج یا ده سال منتظر بمانند و هیچ سنگی حرکت نکند، اما فقط دو سال پس از آغاز پروژه، درست در زمان مناسب در محل حضور داشتند و توانستند این رخداد را از نزدیک ببینند.

این مشاهده مستقیم، معمایی را که از سال ۱۹۱۵ ذهن پژوهشگران را مشغول کرده بود، عملاً حل کرد.

چرا این پدیده مهم است؟

حرکت سنگ‌های ریس‌ترک پلایا فقط یک کنجکاوی طبیعی نیست. این پدیده نمونه‌ای جذاب از زمین‌شناسی در زمان واقعی (Real-time Geology) است؛ یعنی فرایندی زمین‌شناختی که می‌توان آن را در مقیاس زمانی زندگی انسان مشاهده کرد.

معمولاً وقتی درباره زمین‌شناسی فکر می‌کنیم، به فرایندهایی بسیار کند مانند شکل‌گیری کوه‌ها، فرسایش، رسوب‌گذاری یا تغییرات میلیون‌ساله فکر می‌کنیم. اما در ریس‌ترک پلایا، شرایطی ویژه باعث می‌شود یک فرایند زمین‌شناختی را تقریباً هنگام وقوع ببینیم: سنگ‌هایی که روی سطح خشک دریاچه حرکت می‌کنند و ردهای تازه‌ای پشت سر می‌گذارند.

در نهایت، سنگ‌های روان ریس‌ترک پلایا در پارک ملی دره مرگ برای نزدیک به یک قرن یکی از معماهای عجیب طبیعت بودند. از سال ۱۹۱۵، زمانی که یک جوینده معدن سنگ‌هایی را با ردهای طولانی پشت سرشان دید، پرسش اصلی این بود: چگونه سنگ‌هایی تا وزن ۷۰۰ پوند بدون دخالت انسان یا حیوان روی بیابان حرکت می‌کنند؟

نظریه‌هایی مانند لغزنده شدن گل بر اثر باران، فشار باد یا حتی میدان‌های مغناطیسی مطرح شد. اما پژوهش‌های رالف لورنز و همکارانش نشان دادند پاسخ در ترکیبی دقیق از آب، یخ و سنگ نهفته است. وقتی لایه‌ای نازک از یخ دور سنگ‌ها شکل می‌گیرد و روی مقدار کمی آب شناور می‌شود، سنگ‌ها تا حدی از گل جدا می‌شوند و صفحه یخ می‌تواند آن‌ها را به‌آرامی جابه‌جا کند. در این حرکت، ردهایی روی گل نرم باقی می‌ماند.

در سال ۲۰۱۴، دانشمندان برای نخستین بار حرکت این سنگ‌ها را ثبت کردند و معما سرانجام حل شد. سنگ‌های دره مرگ نه با جادو، نه با نیروی مغناطیسی، بلکه با یاری ظریف آب، یخ و باد حرکت می‌کنند.