Tajemnicze kamienne lasy – Spiczaste formacje skalne przypominające drzewa – wyjaśnione przez „Lasy cukierków”

Zespół naukowców rzucił nowe światło na to, jak powstają te naturalne struktury. Jego badania, zgłoszone w najnowszym numerze czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), oferuje również obietnicę dla produkcji struktur o ostrych końcówkach, takich jak mikroigły i sondy potrzebne do badań naukowych i procedur medycznych.

„Ta praca ujawnia mechanizm, który wyjaśnia, jak te ostro spiry skalne, źródło zachwytu od wieków, się”, mówi Leif Ristroph, profesor nadzwyczajny w Courant Institute of Mathematical Sciences uniwersytetu w Nowym Jorku i jeden ze współautorów artykułu. „Dzięki serii symulacji i eksperymentów pokazujemy, jak płynąca woda rzeźbi ultraostry kolce w formach lądowych.”

Naukowcy, w tym Michael Shelley, profesor w Courant Institute, zauważają, że badanie oświetla również mechanizm, który wyjaśnia częstość występowania ostro spirów skalnych w krasie – topografii utworzonej przez rozpuszczenie skał, takich jak wapień.

W swoich badaniach naukowcy symulowali powstawanie tych szczytów w czasie za pomocą modelu matematycznego i symulacji komputerowych, które uwzględniały sposób rozpuszczania przepływów i wpływ tych przepływów również na rozpuszczenie, a tym samym na zmianę kształtu formacji.

Aby potwierdzić ważność swoich symulacji, naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów w Laboratorium Matematyki Stosowanej w Nowym Jorku. Tutaj naukowcy odtworzyli tworzenie tych naturalnych struktur, tworząc szczyty na bazie cukru, naśladując rozpuszczalne skały, które tworzą krasowe i podobne topografie, i zanurzając je w zbiornikach wody. Co ciekawe, nie trzeba było nakładać żadnych przepływów, ponieważ sam proces rozpuszczania stworzył wzorce przepływu potrzebne do wyrzeźbienia kolców.

Ten film pokazuje porównanie obok siebie rozwoju kształtu pojedynczego filaru rozpuszczającego z eksperymentu i symulacji. Obie metody pokazują, że początkowo gładki wierzchołek jest wyrzeźbiony w ultra-ostry kolec. Kredyt: Nyu’s Applied Mathematics Lab

Wyniki eksperymentalne odzwierciedlały wyniki symulacji, potwierdzając w ten sposób dokładność modelu badaczy (patrz „Video2ExperimentSimulation” w poniższym dysku). Autorzy spekulują, że te same wydarzenia zdarzają się – choć znacznie wolniej – gdy minerały są zanurzone pod wodą, która później cofa się, aby odsłonić kamienne szczyty i kamienne lasy.

Odniesienie: „Ultra-ostre szczyty wyrzeźbione przez naturalne rozwiązanie konwekcyjne” autorstwa Jinzi Mac Huang, Joshua Tong, Michael Shelley i Leif Ristroph, 8 września 2020, Proceedings of the National Academy of Sciences.