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從圖中,我們可以看到這根樹枝長出了“毛發”。這些毛發看起來像是毛茸茸的雞毛撣子,或蓬松的棉花,甚至有點像劣質的白色假發。但事實上,每一根發絲都是由又冷又硬的冰構成的。
如絲般光滑的“毛發狀冰”(hair ice)的產生需要一種寄生在腐爛木頭上的特殊真菌——擬黑耳(Exidiopsis effusa),其中腐爛的木頭要來自于一種特定的有著寬闊扁平葉子的樹。而且毛發狀冰的產生還需要在足夠潮濕的環境中,溫度略低于冰點(0℃)。這些特殊條件似乎很難同時滿足,但毛發狀冰在自然界中又很常見,這使得科學家為毛發狀冰的形成機制困惑了一個多世紀。這些科學家包括阿爾弗雷德·魏格納(Alfred Wegener),他曾在1912年提出地球的各大陸以前是連在一起的。直到2015年,科學家明確了擬黑耳在毛發狀冰的形成過程中所起的作用。
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通過觀察野外和自家花園里生長的毛發狀冰,研究人員對毛發狀冰的形成機制有了些許的了解。在適宜的溫度和濕度條件下,樹枝表面的水會結冰,而木材孔隙里的水仍保持在液態。這兩種狀態的水之間存在溫差,從而產生一種吸力,將液態水“吸”到凍結鋒面(freezing front,水與冰的交界面),使冰逐漸向外延伸生長,形成毛發狀冰。
研究表明,擬黑耳真菌會消化樹木中的大分子物質,從大分子中產生的分子片段可以作為毛發狀冰的生長支架。毛發狀冰能長到20厘米長,每根毛發的直徑可以細至0.02毫米,而且有一些會呈卷曲或波浪形。即使溫度在冰點附近起伏不定,這些毛發狀冰也可以“存活”數天。一些研究人員推測,毛發狀冰之所以能夠承受環境條件的變化,是因為植物中的某種物質起到了防凍劑的作用。當溫度發生變化時,這種物質可以防止冰晶的形狀發生改變。未來,科學家會繼續在每年天氣轉冷時,記錄這個冰凍之謎。
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撰文:萊斯利·內莫(Leslie Nemo)
翻譯:白德凡
審校:石云雷
引進來源:科學美國人
本文來自:中國數字科技館
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