Эрозия горных пород происходит по законам архитектуры

Россия

• Ветер

Ландшафт Земли создают различные силы природы - движение тектонических плит и континентов, действие солнца, воды, ветра. Специалистам известны сотни эрозионных форм рельефа. Особенно впечатляют в этом отношении каменные арки, мосты и колонны, похожие на мегалитические сооружения исчезнувших цивилизаций или инопланетян. Такие формы обычно находятся в горах, сложенных мягкими породами, вроде песчаника.

Некоторое время назад математики из Карлова университета в Праге установили, что эти удивительные строения созданы не древними мастерами и не гостями из других миров, а обычным ветром. Все эти колонны и арки образуются вследствие определенной оптимизации расположения отдельных песчинок внутри пласта породы под воздействием ветра, из-за которой они сильнее сцепляются с соседними песчинками.

Специалисты Сколтеха Игорь Останин и его коллеги заметили, что течение процесса выветривания весьма похоже на методы работы инженеров и архитекторов при создании сооружений, где особая прочность должна сочетаться с малым весом. Так называемая эволюционная структурная оптимизация строится на отсечении неэффективного, а потому лишнего материала. Что удивительно, математические расчеты данной оптимизации совпали с физикой процесса эрозии.

Исследователи получили набор математических формул и попробовали с его помощью создать арку на компьютерной модели глыбы песчаника. Физически все просто. Эта порода состоит из множества крошечных кубиков, давящих на соседей. Если сила давления данного кубика оказывается меньше некоторого критического значения, то он выдувается ветром. По заключению специалистов, ветер стремится придать пласту песчаника форму, при которой количество энергии упругой деформации внутри него будет минимальным, постепенно удаляя то, что является слабым звеном в общей структуре. Вначале выветривание идет быстро, но по мере приближения формы к идеалу, он замедляется. Готовая "архитектурная форма" очень устойчива и может существовать тысячи лет без заметных изменений. Исследование опубликовано в Scientific Reports.

Вера Максимова, 30.12.2017 18:47