Наука

Ученые объяснили, как возникают арки в горных породах

 

Ученые из Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных и Центра проектирования, производственных методов и материалов пролили свет на одно из самых загадочных явлений природы.

Естественная водная и ветровая эрозия геоматериалов нередко приводит к появлению удивительных форм, таких как естественные арки и мосты, сбалансированные колонны и своды. Подлинными музеями подобных структур являются национальные парки Юты, недавно появились первые свидетельства того, что подобные формы могут встречаться и на Марсе. Красота естественных арок, их устойчивость и инженерная точность (природа нередко формирует так называемые «катенарные» арки, обладающие максимально возможной устойчивостью) всегда вызывали изумление и любопытство геологов, а также вдохновляли архитекторов, построивших такие сооружения, как знаменитый монумент «Ворота Запада» в Миссури.

Фото: Shutterstock

Вопрос о механизмах формирования подобных структур долгое время оставался без ответа. Отсутствие убедительного объяснения того, как случайный по своей природе процесс эрозии может стать «скульптором» таких сложных инженерных конструкций, как катенарные арки, приобретает особую пикантность в вопросах изучения морфологии поверхности Марса и других планет, нередко порождая необоснованные спекуляции об «инженерных сооружениях инопланетных цивилизаций».

Исследователей из Сколтеха вдохновила работа ученых из Карлова университета в Праге, где они высказали идею о том, что причина формирования естественных арок, по всей видимости, лежит в отрицательной обратной связи между напряжением и скоростью поверхностной эрозии. Другими словами, естественная эрозия удаляет в первую очередь ненапряженный материал, являющийся «неэффективным» с точки зрения распределения нагрузки. Причина такого поведения кроется в известном всем из школьного курса физики законе сухого трения – чем сильнее частицы материала сжаты его соседними слоями, тем труднее их отделить.

Фото: Shutterstock

«Эта идея привлекла наше внимание. Мы не могли не отметить, что весьма близкие методы поиска оптимальных форм инженерных сооружений широко используются в современной индустрии. Эти методы, известные как «эволюционная структурная оптимизация» основаны на постепенном удалении неэффективного материала. Наиболее поразительным аспектом этого сходства является то, что математический критерий, по которому удаляется материал при инженерной оптимизации, практически точно совпадает с критерием, следующим из физики процесса эрозии», – рассказывает научный сотрудник Сколтеха, первый автор исследования Игорь Останин.

В своей статье ученые предложили взглянуть на явление эрозии как на процесс оптимизации формы. Им удалось показать, что при некоторых естественных предположениях эрозия оптимизирует форму разрушаемого материала, осуществляя локальную минимизацию энергии упругой деформации, запасенной в материале. Было также показано, что по мере формирования устойчивой и сбалансированной структуры скорость эрозии стремительно снижается, поскольку в структуре не остается ненапряженного, легко эродируемого материала, что приводит к тому, что структуры, эродируемые на начальных этапах со скоростью, заметной невооруженному взгляду, становятся со временем стабильны на масштабах тысяч и миллионов лет.

По материалам Naked-science

Читайте также:

Где на Закарпатье найти Мраморные горы с фантастическими пейзажами

На Мальте обрушилась всемирно известная арка «Лазурное окно»

 

Вокруг Света

Recent Posts

5 мифов про туристическую страховку в 2024 году

Туристическое страхование часто воспринимается как дополнительная трата средств, которой можно избежать. Однако, это ошибочное представление,…

7 месяцев ago

Каким бывает в казино онлайн бонус за регистрацию

Открытие учетной записи на игровой площадке обычно вознаграждается подарком. Иногда клиенту для этого достаточно завести…

8 месяцев ago

Что делает Фраголино таким особенным и любимым

В мире виноделия существует напиток, который завоевал сердца многих гурманов своим уникальным вкусом и ароматом.…

8 месяцев ago

Как выбрать надежное онлайн-казино – полезные советы

Рынок азартных развлечений в Украине активно развивается, что заметно по регулярному пополнению списка легальных онлайн-казино.…

8 месяцев ago

Туризм ради игры: топ городов для игры в казино

Туризм ради игры становится всё более популярным среди путешественников по всему миру. Казино уже давно…

8 месяцев ago

Фриспины казино Vbet

Рассказываем о бонусах Vbet. Мы расскажем о разных видах поощрений - как стандартных для всех…

9 месяцев ago