Μερικά από τα πιο εντυπωσιακά δομικά έργα δεν κατασκευάζονται από αρχιτέκτονες και δεν είναι γλυπτά από καλλιτέχνες. Από το Bryce Canyon έως τα βουνά Sandbean της Ελβετίας της Κεντρικής Ευρώπης, καμάρες, ξυλόγλυπτα και πυλώνες γύρω από τον πλανήτη μοιάζουν εντυπωσιακά με τα ίδια χαρακτηριστικά στην ανθρωπογενή αρχιτεκτονική. Λοιπόν, πώς το κάνει η φύση;
σχετικό περιεχόμενο
- Ποιοι είναι όλοι οι τρόποι με τους οποίους η γη μπορεί να εξαφανιστεί κάτω από τα πόδια σας;
Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε χθες στο Nature Geosciences υποδηλώνει ότι ένας κύκλος ανατροφοδότησης του στρες και της διάβρωσης μπορεί να βρίσκεται πίσω από αυτά τα φυσικά θαύματα.
Σύμφωνα με μια ομάδα ερευνητών από την Τσεχική Δημοκρατία, η διάβρωση σταδιακά απομακρύνει τους κόκκους άμμου, τοποθετώντας το βάρος του βράχου στους υπόλοιπους κόκκους και προκαλώντας τους να στενεύουν στενότερα. Καθώς οι κόκκοι τραβιούνται από το βράχο, το βάρος μετατοπίζεται ανομοιογενώς και οι κόκκοι σε περιοχές που φέρουν περισσότερο βάρος ή βαρυτικό στρες είναι πιο δύσκολο να διαβρωθούν - αφήνοντας πίσω τους τις καμάρες, τις ξυλόσπορες και τους πυλώνες για να θαυμάσουν οι τουρίστες.
Οι επιστήμονες αρχικά άρχισαν να περιγράφουν και να ταξινομούν αυτά τα φυσικά αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά πριν από περισσότερα από 150 χρόνια, αλλά ακόμη και οι θεωρίες των σύγχρονων επιστημόνων για το πώς σχηματίζονται τόξα και πυλώνες από ψαμμίτες διαφέρουν αρκετά. Για παράδειγμα, ορισμένοι γεωλόγοι αποδίδουν αψίδες στο οροπέδιο του Κολοράντο για να υποβαθμίσουν τη βάση του βράχου, ενώ άλλοι θεωρούν ότι τα κατάγματα στο βράχο τους παρήγαγαν.
Ομοίως, μερικοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι η διάβρωση με ραγισμένα σπίτια σπηλαίου στις σπηλιές της Βενεζουέλας, ενώ άλλοι δείχνουν τη διάβρωση που πλένουν τα πάντα, αλλά οι σπόροι που τσιμέντο μαζί αφού βρέθηκαν σε δάκτυλα υγρών που έπεφταν στους μαλακούς βράχους. Οι περισσότερες εξηγήσεις βασίζονται σε παρατηρήσεις πεδίου και μελέτες δειγμάτων ροκ κάτω από το μικροσκόπιο, και οι θεωρίες διαφέρουν από το ένα τοπικό σε άλλο. Κανείς δεν είχε βρει βασικό μηχανισμό που ταιριάζει γενικά σε κάθε σενάριο.
Λεπτό Arch που βλέπει από πίσω στο ηλιοβασίλεμα, Arches National Park, Γιούτα, ΗΠΑ. (Φωτογραφία: Michael Atman) 
Διπλό O Arch πριν από μια καταιγίδα στο Devil's Garden, Arches National Park, Γιούτα, ΗΠΑ. (Φωτογραφία: Michael Atman) 
Pravcicka Brana Arch, ένα εικονικό παράδειγμα αρχιτεκτονικής ψαμμίτη στο Εθνικό Πάρκο της Βοημίας, στην Τσεχία. (Φωτογραφία: Vaclav Sojka) 
Delicate Arch, Arches National Park, Γιούτα, ΗΠΑ. (Φωτογραφία: Jaroslav Soukup) 
Στήλες σπηλαίου στο Cueva Colibri του σπηλαίου του Charles Brewer στη Βενεζουέλα. (Φωτογραφία: Libor Lanik) Η τσεχική ομάδα ήθελε να ακολουθήσει μια διαφορετική προσέγγιση. Ενώ έκαναν πεδία στο λατομείο Strelec στην λεκάνη της Κρητιδικής Βοημίας, διαπίστωσαν ότι μικρές καμάρες και κολόνες - μόνο περίπου 2 πόδια ψηλά - σχηματίστηκαν από τον ψαμμίτη για απλούς μήνες ή χρόνια, αντί για χιλιετή χρονική κλίμακα που συνδέονται με μεγάλη γεωλογική αρχιτεκτονική .
"Ήταν σαφές ότι οι διαδικασίες που είναι υπεύθυνες γι 'αυτές λειτουργούσαν επί του παρόντος στο λατομείο και έτσι οι διαδικασίες μπορούν δυνητικά να απομονωθούν και να εξηγηθούν", λέει ο Jiri Bruthans, γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο Charles στην Πράγα και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Γιατί να μην προσπαθήσουμε να φτιάξουμε αυτά τα στοιχεία στο εργαστήριο; Οι Bruthans και οι συνάδελφοί του ξεκίνησαν παρατηρώντας πώς ψαμμίτης συμπεριφέρεται κάτω από άγχος. Έκοψαν κύβους ψαμμίτη από το λατομείο Strelec, βυθίστηκαν σε νερό και έβαλαν κάθετη δύναμη στην κορυφή του κύβου για να προσομοιώσουν την πίεση που οι κόκκοι άμμου στην πέτρα αισθάνονται από βράχους πάνω τους.
Χωρίς κάθετο στρες, οι κύβοι αποσυντέθηκαν σταδιακά σε μεμονωμένους κόκκους. Αντίθετα, κάτω από την αυξανόμενη κατακόρυφη καταπόνηση, ο κύβος σιγά σιγά σπαταλούσε σε μια κολόνα σχήματος κλεψύδρας. Δείτε μόνοι σας το βίντεο που δημιουργήθηκε από τους συγγραφείς για να συμπληρώσουν το έγγραφό τους:
Ο ψαμμίτης από το Strelec δεν περιέχει συγκολλητικά ορυκτά που βοηθούν να δεσμεύσουν μαζί τα σωματίδια άμμου. Αντ 'αυτού, οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι το άγχος που ασκείται στον ψαμμίτη προκαλεί την ανάμιξη ορυκτών και τη συγκράτηση του βράχου.
Η τσεχική ομάδα βρήκε έναν μηχανισμό για να εξηγήσει τον σχηματισμό πυλώνων και η αριθμητική μοντελοποίηση επιβεβαίωσε τις υποψίες τους. Βασικά, το φορτίο μέσα στο μπλοκ ψαμμίτη μεταφέρεται άνισα, με ορισμένους κόκκους ψαμμίτης να φέρουν περισσότερο βάρος από άλλους. Το νερό μπορεί εύκολα να διαρρεύσει στους πόρους του βράχου - ο χώρος ανάμεσα στους κόκκους - και να εξαλείψει τα κομμάτια της άμμου, αλλά οι κόκκοι που μεταφέρουν περισσότερο από το φορτίο είναι πιο δύσκολο να τραβηχτούν.
Σκεφτείτε το σαν ένα στεγνό τοίχο από τούβλα. "Είναι εύκολο να βγάλει τούβλο από την κορυφή του τοίχου, αλλά σκληρά για να τραβήξετε τούβλο από κάτω, καθώς φορτώνεται", λέει ο Bruthans. Καθώς το νερό απομακρύνει τους κόκκους άμμου, όλο και λιγότεροι κόκκοι μεταφέρουν περισσότερο φορτίο και αυξάνεται η τάση μεταξύ των κόκκων, συνδέοντας τα πιο σφιχτά μεταξύ τους και καθιστώντας τα πιο ανθεκτικά στη διάβρωση.
Κάποιοι ψαμμίτες περιέχουν όμως παράγοντες τσιμεντοποίησης. Έτσι, οι ερευνητές προέβησαν σε δειγματοληψία σκυροδέματος από Τσεχία, Βενεζουέλα και Ηνωμένες Πολιτείες. Η έκθεση αυτών των τεμαχισμένων κύβων σε αλάτι και σε παγετό προκαλώντας επίσης κηλίδες κλεψύδρας όταν σταθμιστούν, και οι εκφορτωμένοι κύβοι αποσυντέθηκαν τέσσερις φορές πιο γρήγορα. Τα υλικά τσιμέντου διαλύονται με διάβρωση και συνεπώς οι κύβοι με τσιμέντο υπόκεινται στις ίδιες δυνάμεις πίεσης στο παιχνίδι σε κύβους που δεν έχουν προστεθεί.
Προφανώς, η διάβρωση μπορεί να έρθει σε διάφορες μορφές. Έτσι, οι ερευνητές προσομοιώνουν τις βροχοπτώσεις και ρέουν νερό στο εργαστήριο για να δουν αν μπορεί να έχει διαφορετικό αποτέλεσμα. Σε όλες τις περιπτώσεις, οι φορτωμένοι κύβοι ήταν πιο ανθεκτικοί στη διάβρωση από τους άνυδρους κύβους, δείχνοντας ότι το στρες ήταν ο βασικός παράγοντας.
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα "βράχο σαν βράχο", συνδέοντας ψαμμίτη με πλαστικό κύλινδρο και κόβοντας τεχνητά "κατάγματα" στο βράχο. Η βύθιση στο νερό προκάλεσε γρήγορη διαμόρφωση σε σχετικά σταθερό σχήμα δακτυλίου. (Φωτογραφίες: Michal Filppi) Πέρα από τους πυλώνες, οι ερευνητές προσπάθησαν επίσης να κάνουν καμάρες και ξυλόγλυπτα στο εργαστήριο. Διαπίστωσαν ότι το σχήμα των μορφών βράχου εξαρτάται από τη γεωμετρία του αρχικά εκτεθειμένου κουνουπιού ψαμμίτη. Κύβοι με μικρές κεντρικές οριζόντιες ρωγμές παρήγαγαν καμάρες. Μερικές οριζόντιες περικοπές στους κύβους παρήγαγαν εσοχές. Και οι κάθετες ρωγμές φαίνεται να βοηθούν στην κατασκευή κατακόρυφων στηλών ή πυλώνων. Επίσης, διαφορετικές διεργασίες διάβρωσης μπορούν να παράγουν το ίδιο σχήμα, εάν ξεκινούν με παρόμοιους βράχους.
Ένα αριστοκρατικό τόξο δημιουργήθηκε στο εργαστήριο με μερική εμβάπτιση φορτωμένου μπλοκ ψαμμίτη με ένα μικρό άνοιγμα κοντά στη βάση. Με την πάροδο του χρόνου, το άνοιγμα έγινε ευρύτερο και διείσδυσε το μπλοκ του ψαμμίτη, δημιουργώντας ένα τόξο. (Φωτογραφία: Marek Janáč, Vesmir.cz) Με δεδομένο αυτό, οι συγγραφείς ζητούν μια πιο ξεχωριστή εξήγηση για το πώς σχηματίζονται καμάρες και κολόνες σε ψαμμίτη. "Δεν πρέπει να πούμε ότι η διάβρωση ή ο καιρός έχουν σκαλίσει τις φόρμες, καθώς ήταν το πεδίο στρες που δίνουν τις μορφές στο σχήμα. Οι διεργασίες διάβρωσης είναι απλά εργαλεία που ελέγχονται από το στρες », εξηγεί ο Bruthans.
Ότι ένας τόσο απλός μηχανισμός θα μπορούσε να δημιουργήσει τέτοιες όμορφες δομές αντιπαραβάλλει την ανθρώπινη άποψή μας για το τι πηγαίνει στην τέχνη ή την αρχιτεκτονική που είναι αισθητικά ευχάριστο. "Για να δημιουργήσετε τέλεια σχήματα δεν χρειάζεστε ούτε νοημοσύνη ούτε προγραμματισμό", λέει ο Bruthans. Στην πραγματικότητα, "το αντίθετο ισχύει για τη φύση. Τα πιο τέλεια πράγματα γίνονται με απλούς μηχανισμούς. "
