Naturlige buer og broer, søyler, hvelv og andre eksotiske sandsteinsformasjoner fascinerer med sin ekstraordinære form og absolutt uforståelige stabilitet. De har alltid vært en kilde til overraskelse og nysgjerrighet for mange generasjoner forskere, og vanlige mennesker tok noen ganger disse statuene til "hilsener" fra gamle sivilisasjoner eller til og med romvesener. Generelt var det klart at deres viktigste arkitekter var vind, vann og sol, men inntil nylig var årsaken til deres ikke-trivielle former et mysterium.
Den første solide eksperimentelle og teoretiske studien av erosjonsmekanismene som ligger til grunn for dannelsen av naturlige buer ble utført for tre år siden av matematikere fra Charles University i Praha. De fant ut at former stammer fra den unike selvorganiseringen av sandkorn i sandsteinslag. Forskere antok at naturlig erosjon først og fremst fjerner ubelastet materiale, noe som er "ineffektivt" når det gjelder lastfordeling. Årsaken til denne oppførselen ligger i loven om tørr friksjon - jo sterkere materialpartiklene blir komprimert av tilstøtende lag av materiale, jo vanskeligere er det å skille dem.
Skoltech-forskere ble fascinert av ideen til kollegene i Praha, og de fortsatte å studere spørsmålet om mekanismene for dannelsen av slike strukturer. De bestemte seg for å se på fenomenet erosjon som en prosess for formoptimalisering (formoptimalisering er nå mye brukt i moderne industri, når ingeniører og arkitekter forbedrer formen og strukturen til bygninger de oppfører, der både styrke og lett vekt er nødvendig). Og for å teste ideen deres, skapte forskerne et matematisk program som beskriver prosessen med vinderosjon, og med sin hjelp bygde de en bue ved hjelp av en datamodell av sandsteinsjiktet. Sandsteinsmodellen besto av mange nesten ikke-relaterte kuber som virker på naboer med en viss styrke. Hvis denne kraften oversteg en viss verdi, kunne ikke vinden flytte "kuben" fra sin plass,Ellers forsvant den fra reservoaret etter en viss periode, rapporterer RIA Novosti.
Eksperimentere med denne modellen, bekreftet russiske forskere ideen til sine tsjekkiske kollegaer og avslørte flere fysiske prinsipper som forklarer hvordan kolonner og buer er født. I sin mest generelle form viste de at vinden spiller rollen som en slags "datamaskin" som prøver å forme sandsteinslaget til en slik form at den minste mengden elastisk deformasjonsenergi akkumuleres inne i den, og gradvis og ved et uhell fjerner de svakeste elementene fra strukturen.
Opprinnelig fortsetter denne prosessen raskt, men etter flere hundre år, når formen til en søyle eller bue allerede nærmer seg idealet, reduseres erosjonen kraftig, 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 nesten uberørt form.
Slike konklusjoner er viktige ikke bare for ingeniører og geologer, men også for folk som leter etter spor etter utenomjordisk liv. Nå, som russiske matematikere understreker, kan slike strukturer, som for eksempel kan oppdages på Mars, i prinsippet ikke betraktes som spor av utenomjordiske sivilisasjoner.
