IJskristallen "sorteren' stenen op helling

Op onbegroeide hellingen van heuvels in koude streken ziet men soms regelmatige banden van stenen. Deze banden lopen van boven naar beneden over afstanden van vele tientallen meters, terwijl hun onderlinge afstand uiteenloopt van centimeters tot meters. Zo'n patroon contrasteert sterk met de afwezigheid van ordening die zo kenmerkend is voor landschappen die nog niet door de mens zijn beroerd. Het lijkt alsof iemand de stenen bijeen heeft geharkt. Toch gaat het hier om een volkomen natuurlijk verschijnsel.

In het verleden zijn tal van verklaringen gesuggereerd, maar het bleef onduidelijk hoe zulke banden konden ontstaan en wat hun onderlinge afstanden bepaalde.

Het is bekend is dat stenen in de bodem door middel van vries-dooi-cycli naar het oppervlak kunnen worden getrokken (zoals op akkers). Maar de steenbanden komen ook voor op hellingen waar dit bodemverschijnsel niet plaatsvindt. Daarom ging men zoeken naar een mechanisme dat stenen zijwaarts langs het oppervlak verplaatst.

Uit veldwaarnemingen is gebleken dat door de groei van naaldvormige ijskristallen aan het oppervlak stenen kunnen worden omgeduwd. Zulke ijsnaaldjes ontstaan wanneer de temperatuur van het vocht in de bodem door uitstraling het vriespunt bereikt. De ijsnaaldjes groeien overwegend loodrecht op het oppervlak en op plaatsen waar geen stenen liggen groeien er meer dan op plaatsen waar de bodem door stenen is afgedekt. Dit alles heeft tot gevolg dat er van bepaalde kanten tegen stenen wordt aangeduwd.

Amerikaanse geologen hebben het resultaat van dit duwmechanisme bestudeerd met behulp van een tweedimensionaal computermodel. Zij gingen uit van een willekeurige verdeling van stenen op de bodem. Het blijkt dan dat toevallige fluctuaties in deze verdeling na verloop van vele vries-dooi-cycli uitgroeien tot gebieden waar zich meer, respectievelijk minder stenen bevinden. Door de helling van de bodem treedt er ook een neerwaartse verplaatsing op. Deze leidt uiteindelijk tot een regelmatig patroon van banden dat erg veel lijkt op dat wat in de natuur wordt waargenomen (Nature 361, p. 142).

Bij het ontstaan van het bandenpatroon spelen de gemiddelde steilheid van de helling en de lokale afwijkingen daarin een belangrijke rol. Als de gemiddelde hellingshoek bijvoorbeeld 10ß8 is, mogen de lokale verschillen niet groter zijn dan 2ß8. De onderlinge afstand tussen de banden wordt groter door het verdwijnen van onvolledige banden. Bij een hellingshoek nul worden de stenen in cirkel- of ruitvormige patronen gesorteerd en ontstaan er "eilanden' van stenen. In de tweedimensionale computersimulatie begon het bandenpatroon na vele honderden vries-dooi-cycli te verschijnen, maar in de driedimensionale werkelijkheid zou dit wel tienmaal zo snel kunnen gebeuren.