Penitentes, ledeni redovnici

Na visokim Andama snijeg se ne topi u glatku plohu nego izraste u šumu bijelih šiljaka višu od čovjeka, svi nagnuti prema suncu. Isti oblik, tisuće puta veći, prepoznat je i na Plutonu.

Ukratko

  • Penitentes su oštri šiljci snijega ili leda, visoki od nekoliko centimetara do nekoliko metara, koji se stvaraju na visokim, hladnim i suhim mjestima, osobito u Andama.
  • Louis Lliboutry je 1954. objasnio da se vrhovi održavaju hladnima sublimacijom, a u udubinama između njih Sunce led tali, pa se razlika samo povećava.
  • Fizičari su ih 2006. prvi put proizveli u laboratoriju, a 2015. objavili su da početnu udaljenost šiljaka određuju difuzija vodene pare i vođenje topline.
  • Rad iz 2017. tvrdi da su oštri grebeni na Plutonu penitentes od metanskog leda, višestruko veći od zemaljskih; zašto se zemaljski šiljci javljaju samo blizu ekvatora, tek se objašnjava.

Sniježna polja na većim nadmorskim visinama u Andama izgledaju kao da ih je netko isklesao: rovovi, šiljci i oštri grebeni nagnuti prema Suncu. Takve su oblike putnici godinama opisivali kao čudne i nepouzdane za prelazak.

Šuma od snijega

Naziv penitentes španjolski je za pokornike, a potječe od sličnosti bijelih šiljaka s povorkom ljudi u dugim bijelim haljinama i šiljastim kapuljačama. Charles Darwin opisao ih je nakon prelaska Anda 1835., u izvješću o putovanju Beaglea objavljenom 1839., i zabilježio da mještani vjeruju kako ih stvara vjetar.

Louis Lliboutry, glaciolog koji je istraživao Ande, u radu iz 1954. piše da se penitentes nalaze na svim snježnim poljima i ledenjacima Santiaških Anda između 4000 i 5200 metara. Prema njemu nastaju zbog dugotrajnog djelovanja Sunca u suhom i hladnom zraku. Kad snijeg ili led sublimiraju, odnosno pretvaraju se izravno u paru, vrhovi grebena ostaju ispod nule. U prolazima između njih zračenje se zadržava, vodena para teže odlazi, pa tamo dolazi do topljenja.

Nastanak u laboratoriju

Dugo nije bilo jasno koji od čimbenika presuđuje. Skupina istraživača 2006. objavila je u časopisu Physical Review Letters prvu laboratorijsku proizvodnju penitentesa visokih nekoliko centimetara. Pokusima su pokazali da nastanak i prvo sazrijevanje zahtijevaju niske temperature, tako da površina sublimira, a da tek nakon nastanka daljnji rast visine može ići i topljenjem.

Rad iz 2015., objavljen u časopisu Physical Review E, prikazuje analizu početka rasta. Autori tvrde da penitentes ne nastaju jednostavno zato što se površina sama osvjetljava, nego da ih prije svega određuju difuzija pare i vođenje topline, a valnu duljinu na kojoj se pojavljuju određuje miješanje pare u zraku iznad leda.

Zašto samo blizu ekvatora

Rad iz 2014. u časopisu Journal of Glaciology ističe da su dvije osobine penitentesa dotad ostale neobjašnjene: da nastaju na niskim zemljopisnim širinama i da su im grebeni usmjereni istok-zapad. Autori pokazuju da razmjena zračenja između ploha i putanja Sunca na nebu mogu objasniti zašto se penitentes ne stvaraju na vodoravnim površinama dalje od oko 55 stupnjeva od ekvatora.

Plutonski grebeni

Svemirska letjelica New Horizons 2015. snimila je u području Tartarus Dorsa na Plutonu pravilne grebene razmaknute 3000 do 5000 metara i duboke oko 500 metara. Skupina oko Johna Mooresa u radu iz 2017. u časopisu Nature izvješćuje o simulacijama prema kojima bi to mogli biti penitentes od metanskog leda koji se produbljuju približno jedan centimetar po obilasku Sunca i rastu samo u razdobljima razmjerno visokog atmosferskog tlaka. Autori procjenjuju da je za nastanak takvih oblika potrebno više desetaka milijuna godina.

Dokazi za i protiv

Taljenje i sublimacija (Lliboutry)

  • U prilog: Lliboutry je pokazao da se penitentes nalaze na snježnim poljima Santiaških Anda u uvjetima suhog i hladnog zraka, gdje vrhovi sublimiraju, a prolazi se tale.
  • U prilog: Pokus iz 2006. potvrđuje da nastanak traži niske temperature, a da daljnji rast može ići i topljenjem.
  • Protiv: Rad iz 2015. tvrdi da razmak šiljaka nije određen samo samoosvjetljavanjem plohe, nego difuzijom pare.
  • Protiv: Laboratorijski penitentes visoki su svega nekoliko centimetara, daleko manji od andskih.

Difuzija pare i vođenje topline (Claudin i suradnici)

  • U prilog: Analiza stabilnosti ravne plohe pod Suncem daje valnu duljinu pojave, koju određuje miješanje pare nad ledom.
  • U prilog: Time se objašnjava početak rasta, a ne samo već razvijeni oblici.
  • Protiv: Analiza se odnosi na početnu fazu rasta, a ne na kasnije oblike s topljenjem.
  • Protiv: Rad iz 2014. pokazuje da dodatne čimbenike, kao što je putanja Sunca, treba uzeti u obzir za zemljopisnu rasprostranjenost.

Kronologija

  1. 1835.: Darwin prelazi Ande i vidi polja penitentesa.
  2. 1954.: Lliboutry objavljuje rad o podrijetlu penitentesa.
  3. 2006.: Prvi laboratorijski penitentes.
  4. 2014.: Rad o zemljopisnoj rasprostranjenosti i usmjerenju penitentesa.
  5. 2015.: Rad o početnim fizičkim procesima nastanka.
  6. 2017.: Rad o penitentesima na Plutonu.

Ključne osobe

  • Charles Darwin: Britanski prirodoslovac koji je opisao penitentes nakon prelaska Anda 1835.
  • Louis Lliboutry: Glaciolog koji je 1954. objasnio nastanak penitentesa sublimacijom i topljenjem.
  • John Moores: Autor rada o penitentesima na Plutonu.

Što se zna

  1. Penitentes nastaju na snježnim poljima i ledenjacima u suhom i hladnom zraku, uz sublimaciju.
  2. Santiaške Ande imaju ih između oko 4000 i 5200 metara visine.
  3. U laboratoriju su 2006. proizvedeni penitentes visoki nekoliko centimetara.
  4. Prema radu iz 2014. ne nastaju na vodoravnim površinama dalje od oko 55 stupnjeva od ekvatora.
  5. Prema radu iz 2017. grebeni Tartarus Dorsa na Plutonu mogu biti penitentes od metanskog leda.

Otvorena pitanja

  • Koji proces najviše određuje razmak šiljaka u prirodi?
  • Što točno objašnjava usmjerenost grebena istok-zapad?
  • Jesu li grebeni na Plutonu doista penitentes?

Teorije

  • Šiljke održavaju sublimacija na vrhovima i taljenje u prolazima
  • Razmak šiljaka određuju difuzija pare i vođenje topline
  • Zemljopisni raspon i usmjerenje šiljaka određuje međusobno zračenje ploha i putanja Sunca

Povezane priče

Za daljnje istraživanje

Izvori