Skoltech-matematikere har avslørt hemmeligheten bak dannelsen av de mest uvanlige naturlige strukturer - grasiøse søyler, buer og andre arkitektoniske elementer som ofte finnes på fjellet, og publiserte funnene i Scientific Reports.
Jordens utseende endres nesten hvert sekund på grunn av bevegelser av kontinenter, sirkulasjonen av bergarter i dens dyp og forskjellige former for erosjon. De viktigste "skulptørene" av planetens ansikt er ikke mennesker, men vind, elver, regn, isbreer og andre krefter og fenomener. I løpet av de siste århundrene har forskere oppdaget flere hundre erosjonelle landformer, i dannelsen som dusinvis av forskjellige prosesser og faktorer er involvert.
Det mest slående og uvanlige av disse er de gigantiske steinbuer, broer, søyler og andre komplekse strukturer som kan sees på fjellet, laget av sandstein og andre myke steiner. Historien til deres dannelse var et av de mest interessante mysteriene for menneskeheten, og mange uvitende mennesker antok alvorlig at de ble skulpturert av representanter for gamle sivilisasjoner eller til og med "gjester" fra verdensrommet.
For tre år siden fant matematikere fra Charles University i Praha (Tsjekkia) ut at deres "skulptør" var vinden, og ikke romvesener eller gamle arkitekter. De fant ut at disse søylene og buene er resultatet av en uvanlig prosess med selvorganisering av sandkorn i sandsteinslag som erodert av vinden, noe som får dem til å feste seg strammere til hverandre når buen eller kolonnen blir "født".
Igor Ostanin, en Skoltech-forsker, og kollegene hans ble interessert i oppdagelsen av sine tsjekkiske kolleger da de la merke til at fenomenet de beskrev er veldig likt hvordan de mest "avanserte" ingeniørene og arkitektene i dag optimaliserer formen og strukturen til menneskeskapte søyler, buer og andre strukturer, der både høy styrke og lav vekt er påkrevd.
”Vi kunne ikke la være å legge merke til at lignende metoder for å søke etter optimale former for strukturer er mye brukt i moderne industri. Disse metodene, evolusjonær strukturell optimalisering, er basert på gradvis fjerning av ineffektivt materiale. Det mest slående aspektet ved denne likheten er at det matematiske kriteriet som materialet fjernes under optimalisering er nesten nøyaktig det samme som kriteriet som følger av erosjonsprosessens fysikk, sier Igor Ostanin, en Skoltech-forsker.
Guidet av denne gjetningen skapte Ostanin og kollegene et sett med matematiske formler som beskrev prosessen med vinderosjon, og prøvde å "bygge" en bue ved å bruke den ved hjelp av en datamodell av sandsteinsformasjonen.
Det var ekstremt enkelt - sandstein besto faktisk av mange nesten ubeslektede terninger som presset på naboer med en viss styrke. Hvis denne styrken overskred en viss verdi, kunne ikke vinden flytte denne "kuben" fra sin plass, og ellers forsvant den fra laget etter en viss periode.
Salgsfremmende video:
I eksperiment med denne modellen bekreftet russiske forskere funnene fra sine tsjekkiske kolleger og avslørte flere fysiske prinsipper som forklarer hvordan disse søylene og buene er født. I sin mest generelle form klarte de å vise at vinden spiller rollen som en slags "datamaskin" som prøver å forme sandsteinsjiktet til en minimumsmengde elastisk deformasjonsenergi, veldig gradvis og ved et uhell fjerne de svakeste elementene fra strukturen.
Til å begynne med fortsetter denne prosessen veldig raskt, men etter flere hundre år, når formen på en søyle eller en bue allerede nærmer seg idealet, bremser erosjonen kraftig ned, siden nesten alle "kuber" begynner å feste seg til hverandre med stor kraft. Takket være dette kan ekte fjellbuer og søyler eksistere i millioner av år i en nesten intakt form.
Slike konklusjoner, som Ostanin bemerker, er viktige ikke bare for ingeniører og geologer, men også for folk som leter etter spor etter utenomjordisk liv. Som russiske matematikere understreker, kan slike strukturer, som for eksempel kan oppdages på Mars, i prinsippet ikke betraktes som spor etter utenomjordiske sivilisasjoner.
