Математика

Математики вирахували, як формуються кам’яні ліси

Нове дослідження, опубліковане у журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, виявляє механізм, який сприяє формуванню загострених скель, що відомі як кам'яні ліси. Щоб показати, як саме вода може створювати такі форми, команда математиків створила моделювання та провела експеримент за допомогою блоків цукру. Автори вважають, що цей механізм можна буде застосовувати для створення гострих конструкцій, таких як мікроголки та зонди, необхідні для наукових досліджень та медичних процедур.

Що таке кам’яні ліси?

Високі та загострені кам’яні піки різко контрастують із згладженими формами та неглибокими схилами, які зазвичай пов’язують з ерозією та вивітрюванням. Коли такі верхівки створюють великі масиви, їх називають кам’яними лісами. Те, що такі форми рельєфу зустрічаються у всьому світі, свідчить про надійні механізми, що лежать в основі їхнього розвитку. Ці структури є прикладами карстових формацій, що утворюються внаслідок розчинення мінералів у воді, але екологічні та гідрологічні умови, необхідні для їхнього формування, лишалися нез’ясованими. Геоморфологічні дослідження детально описали багату історію розвитку кам’яних лісів, що включає, зокрема, періоди повного або часткового занурення під воду, поховання під пухкими осадами та вплив поверхневої ерозії. Хоча такі поверхневі елементи, як канали та канавки, напевно, пов'язані з дощовим стоком, незрозуміло, як саме їхня форма розвивалася до цих процесів. Крім того, кам'яні ліси були виявлені похованими під пухкими осадами. Це дозволяє припускати, що ерозія поверхні не є суттєвою силою під час формування таких піків. Мінеральні шпилі можуть бути результатом повного занурення під воду з подальшим дренажем, хоча ступінь розвитку форми на цих стадіях неясна. З огляду на невизначеність щодо того, які фактори є найбільш критичними, вивченню формування таких рельєфів можуть допомогти лабораторні експерименти.

Яке дослідження провели вчені?

Спершу дослідники перевірили, як формуються вершини, за допомогою математичного та комп’ютерного моделювання, які враховували, як розчинення мінералів у воді формує потоки і як ці потоки впливають на форму рельєфу. Щоб підтвердити обґрунтованість своїх моделювань, вчені провели серію експериментів, що повторюють утворення цих природних структур. Вони імітували розчинення породи за допомогою блоків цукру. Виявилося, цей процес створював схеми потоків, необхідні для формування піків. Таким чином, результати експерименту відображали результати моделювання. Автори припускають, що такий самий процес відбувається, коли скелі занурюються під воду, яка згодом відступає, виявляючи кам'яні ліси.

Кам’яні ліси національного парку Tsingy de Bemaraha у Мадагаскарі (A-C) та парку Gunung Mulu у Малайзії (D). Stephen Alvarez, Grant Dixon / Proceedings of the National Academy of Sciences

Кам’яні ліси національного парку Tsingy de Bemaraha у Мадагаскарі (A-C) та парку Gunung Mulu у Малайзії (D). Stephen Alvarez, Grant Dixon / Proceedings of the National Academy of Sciences


Читайте також