Горная самостийность
Природная арка из песчаника в национальном парке Аркс в штате Юта (США). Фото: Michael Atman

Природная арка из песчаника в национальном парке Аркс в штате Юта (США). Фото: Michael Atman

Природные арки и колонны возникают благодаря самоорганизации зерен минералов внутри их пород, выяснили геологи

Красивые природные арки и колонны, которые можно встретить в гористой местности и в пещерах, оказались продуктами необычного процесса самоорганизации, который «ваяет» эти природные памятники архитектуры снизу вверх, делая зерна песчаника в их нижней части более устойчивыми к эрозии. К такому выводу пришли геологи, изучившие структуру и свойства природных арок и опубликовавшие свои выводы в Nature Geoscience.

Облик Земли меняется практически непрерывно благодаря тектоническим процессам в ее недрах и различным формам эрозии. Главные «скульпторы» планеты — ветер, реки, дожди, ледники и другие силы и явления, разрушающие горные породы. Сегодня геологи выделяют несколько сотен эрозионных форм рельефа, в формировании которых участвуют десятки различных процессов и факторов.

Иржи Брутанс из Карлова университета в Праге (Чехия) и его коллеги выяснили, что рождение природных арок и колонн — процесс отнюдь не случайный. Ученые научились создавать миниатюрные копии подобных форм рельефа в лаборатории.

Как объясняют авторы статьи, большая часть таких природных памятников архитектуры состоит из песчаника — относительно рыхлой горной породы из микроскопических зерен кварца и других минералов, склеившихся между собой под действием давления, влаги и других геологических факторов. Он легко разрушается от ветра и потоков воды, благодаря чему Землю украшают сотни природных арок и колонн.

Мини-арка, созданная авторами статьи в лаборатории. Иллюстрация из журнала Nature Geoscience / Bruthans et al. / Nature / NPG

Авторы статьи проанализировали внутреннюю структуру нескольких арок из песчаника и обнаружили необычную вещь — плотность и расположение минеральных зерен заметно отличались в их верхней и нижней частях. Частички кварца у подножия арок были скомпонованы заметно плотнее и сцеплены гораздо лучше, чем у ее верхушки. Этот факт озадачил ученых — они ожидали увидеть примерно одинаковые значения для той и другой половины арки.

Это натолкнуло Брутанса и его коллег на мысль, что разница в давлении и физических свойствах песчаника у основания и верхушки может играть важную роль в формировании арок и колонн. Подобные структуры формируются в природе на протяжении нескольких столетий, если не тысячелетий. Ученые попытались повторить и ускорить этот процесс в лаборатории.

Для этого геологи отправились в карьер Стрелец, расположенный неподалеку от Праги, где они приобрели несколько кубиков песчаника. Вернувшись в лабораторию, исследователи высушили образцы и поместили песчаник в особую камеру, в которой кубы непрерывно подвергались действию воды, порывов ветра и давлению сверху.

Сначала у ученых ничего не получалось — куб разваливался из-за чрезмерного количества воды, сплющивался под массой груза или же с ними ничего не происходило вовсе. Но постепенно им удалось создать такие условия, при которых фрагменты песчаника начинали превращаться в арки и колонны, и раскрыть внутренний механизм их формирования.

Арка в "Саду Дьявола" в парке Аркс (США). Фото: Michael Atman

Дело в том, что зерна в песчанике распределены неравномерно и каждая частичка кварца и других минералов находится под действием огромной нагрузки, от которой зависит то, насколько крепко гранулы сцепляются между собой. Когда фрагмент песчаника подвергается действию ветра или других сил эрозии, слабо закрепленные зерна первыми выдуваются с его поверхности, в результате чего давление на основание будущей арки или колонны постепенно растет.

Вместе с ростом нагрузки увеличивается и сила, с которой индивидуальные частицы песчаника соединяются друг с другом, что делает их все более и более устойчивыми к эрозии. По этой причине разрушение породы постепенно замедляется и, в конечном итоге, останавливается, когда толщина будущей арки достигает критической точки. Благодаря процессу самоорганизации арка растет снизу вверх: изменения в плотности происходят сначала в нижней части материнской породы, и лишь потом — у верхушки будущего памятника природной архитектуры.

Самоорганизация исключает вероятность критических изменений в «постройке» арки или колонны из-за воздействия случайных факторов — поведение зерен кварца и других минералов в песчанике зависит исключительно от свойств самой породы, а не от внешних обстоятельств. Брутанс и его коллеги считают, что этот феномен следует включить во все учебники физики и геологии как самый элегантный и яркий пример самоорганизации в природе.

Борьба за тела и ящики Далее в рубрике Борьба за тела и ящикиСудьба тел погибших в авиакатастрофе под Донецком остается неясной; СБ ООН готовится принять резолюцию Читайте в рубрике «Наука и технологии» Казань выбрала лучшие стартапыИнвесторы на Kazan Startup Weekend в ИТ-парке начали сотрудничество с несколькими стартапами Казань выбрала лучшие стартапы

Комментарии

21 июля 2014, 14:41
Низу арок минералы более плотно прилегают друг к другу,потому что на них сверху давит вес всей арки и это понятно школьнику и никак не объясняет происхождение именно таких форм.
21 июля 2014, 16:02
да какая разница, красиов - да без вопросов, что с этим - любоваться и более никаких инсинуаций, за красоту!
21 июля 2014, 19:19
А я всегда думал что все это рельефы либо вода делает либо ветра,выдувая из хаотичной дырки целый проход сквозь скалу. Действительно очень красивые штуки,а когда большие и красивые они поражают.
22 июля 2014, 09:23
Когда-нибудь, рано или поздно, мы наконец поймем, что все вокруг нас наделено живой энергией и имеет частицу разума!
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Не пропустите лучшие материалы!
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»