Nekateri najbolj osupljivih strukturnih podvigov ne gradijo arhitekti ali jih ne bi skulpturali umetniki. Od kanjona Bryce do gora peščenjaka Elbe v srednji Evropi so loki peščenjaka, alke in stebri po vsem svetu videti podobno kot enake lastnosti v umetni arhitekturi. Kako to počne narava?
Sorodne vsebine
- Kakšni so vsi načini, ki jih lahko zemlja izgine izpod nog?
Študija, ki je bila včeraj objavljena v Nature Geosciences, kaže, da za temi naravnimi čudeži morda stoji povratni cikel stresa in erozije.
Po besedah ekipe raziskovalcev iz Češke republike erozija postopoma odstranjuje zrna peska, težo kamnine pa polaga na preostala zrna in povzroči, da se tesneje prepletajo. Ko se zrna potegnejo iz kamnin, se teža premika neenakomerno in zrna na območjih, ki prenašajo večjo težo ali gravitacijski stres, je težje zgruditi - za sabo puščajo loki, alkoholi in stebri, ki jih človeški turisti lahko občudujejo.
Znanstveniki so najprej začeli opisovati in razvrščati te naravne arhitekturne značilnosti pred več kot 150 leti, vendar se celo sodobne znanstvene teorije o tem, kako se oblikujejo loki in stebri peščenjaka, precej razlikujejo. Na primer, nekateri geologi pripisujejo loke na planoti v Koloradu, da podirajo skalo, drugi pa mislijo, da so jih zlomi povzročili.
Podobno nekateri znanstveniki trdijo, da je erozija v venezuelskih jamah izklesala erozije, medtem ko drugi opozarjajo na to, da erozija odstrani vse, razen zrn, ki so se strdila, potem ko so bili namočeni v prste tekočine, ki je stekla v mehke kamnine. Večina razlag temelji na opazovanjih na terenu in raziskavah vzorcev kamnin pod mikroskopom, teorije pa se med posameznimi kraji razlikujejo. Nihče ni zasnoval osnovnega mehanizma, ki bi na splošno ustrezal vsakemu scenariju.
Nežen lok, gledan od zadaj ob sončnem zahodu, Arches National Park, Utah, ZDA. (Foto: Michael Atman) 
Dvojni lok pred nevihto v Hudičevem vrtu, Arches National Park, Utah, ZDA. (Foto: Michael Atman) 
Luk Pravcicka Brana, ikoničen primer arhitekture peščenjaka v nacionalnem parku Bohemian Switzerland, Češka. (Foto: Vaclav Sojka) 
Občutljiv lok, Arches National Park, Utah, ZDA. (Foto: Jaroslav Soukup) 
Jamski stebri v Cueva Colibri jamskega sistema Charles Brewer v Venezueli. (Foto: Libor Lanik) Češka ekipa je želela uporabiti drugačen pristop. Med izvajanjem terenskih del v kamnolomu Strelec v boemskem krednem bazenu so opazili, da se iz peščenjaka v nekaj mesecih ali letih tvorijo majhni loki in stebri, ki so visoki le dva metra, namesto tisočletnih časovnih lestvic, povezanih z veliko geološko arhitekturo .
"Jasno je bilo, da procesi, ki so zanje odgovorni, delujejo v kamnolomu, zato lahko procese potencialno izoliramo in razložimo, " pravi Jiri Bruthans, geolog s Karlove univerze v Pragi in soavtor študije.
Zakaj ne bi poskusili narediti teh oblik zemlje v laboratoriju? Bruthans in njegovi sodelavci so začeli z opazovanjem, kako se peščenjak obnaša pod stresom. Iz kamnoloma Strelec so izrezali kocke peščenjaka, jih potopili v vodo in na vrh kocke uporabili navpično silo, da bi simulirali stres, ki ga z kamnin nad njimi čutijo zrna peska v kamnu.
Brez navpičnega naprezanja se kocke postopoma razkrojijo na posamezna zrna. Nasprotno pa je kocka ob naraščajočem navpičnem stresu postopoma zapravila v steber v obliki peščenega stekla. Oglejte si v videu, ki so ga avtorji ustvarili za dopolnitev svojega prispevka:
Kritično je, da peščenjak iz Streleca ne vsebuje cementnih mineralov, ki bi pomagali vezati delce peska skupaj. Namesto tega so avtorji ugotovili, da stres zaradi peščenjaka povzroča, da se minerali stene in držijo skupaj.
Češka ekipa je pripravila mehanizem za razlago tvorbe stebrov, številčno modeliranje pa je potrdilo njihove sume. V bistvu se obremenitev znotraj bloka peščenjakov izvaja neenakomerno, nekatera zrna peščenjaka imajo večjo težo od drugih. Voda zlahka prodre v pore kamnine - prostor med zrni - in zbriše koščke peska, toda zrna, ki prenašajo več tovora, je težje potegniti.
Mislite na to kot na suho opečno steno. "Z opeke je enostavno izvleči opeko, vendar je opeka težko vleči od spodaj, ko je naložena, " pravi Bruthans. Ko voda potegne zrna peska, vse manj zrn prenese več bremena, napetost med zrni pa se povečuje in jih tesneje poveže ter naredi bolj odporne proti eroziji.
Nekateri peščenjaki vsebujejo cementne snovi. Tako so raziskovalci vzorčili cementne peščenjake iz Češke, Venezuele in ZDA. Če so te cementirane kocke izpostavljene soli in zmrzali, so pri tehtanju nastali tudi stebri iz peščenih ur, obremenjene kocke pa se razpadle štirikrat hitreje. Materiali za cementiranje se raztapljajo z erozijo in tako cementirane kocke so pod enakimi silami obremenitve v necementiranih kockah.
Očitno lahko pride tudi do erozije v različnih oblikah. Torej so raziskovalci simulirali padavine in tekočo vodo v laboratoriju, da bi videli, ali ima lahko drugačen učinek. V vseh primerih so bile naložene kocke bolj odporne na erozijo kot neobremenjene kocke, kar kaže, da je bil glavni dejavnik stres.
Raziskovalci so ustvarili "kamnito okensko okno", tako da so s plastičnim cilindrom vezali peščenjak in v kamen vrezali umetne "zlome". Potopitev v vodo je povzročila hitro oblikovanje v relativno stabilno obliko obroča. (Fotografije: Michal Filppi) Razen stebrov so raziskovalci poskušali v laboratoriju narediti tudi loke in niše. Ugotovili so, da je oblika, ki jo tvori skala, odvisna od geometrije začetnega izpostavljenega dela peščenjaka. Kocke z majhnimi, osrednjimi vodoravnimi razpokami so ustvarile loke. Delni vodoravni kosi v kocke so ustvarili alke. Zdi se, da navpične razpoke pomagajo narediti navpične stebre ali stebre. Tudi različni procesi erozije lahko ustvarijo isto obliko, če se začnejo s podobnimi kamninami.
V laboratoriju je nastal samostoječi lok z delnim potopitvijo naloženega bloka peščenjaka z majhno odprtino blizu baze. Sčasoma se je odprtina razširila in prodrla v blok peščenjaka ter ustvarila lok. (Foto: Marek Janáč, Vesmir.cz) Glede na to avtorji pozivajo k bolj zatemnjenemu pojasnilu, kako se v peščenjaku oblikujejo loki in stebri. "Ne smemo reči, da so oblike oblikovale erozija ali vremenske vplive, saj je napetostno polje dalo obliko obliko. Erozijski procesi so zgolj orodje, ki ga obvladuje stres, "razlaga Bruthans.
Da bi tako preprost mehanizem lahko ustvaril tako lepe strukture, je v nasprotju z našim človeškim pogledom na umetnost ali arhitekturo, ki je estetsko prijetna. "Za ustvarjanje popolnih oblik ne potrebujete inteligence ali načrtovanja, " pravi Bruthans. V resnici »za naravo velja nasprotno. Najbolj dovršene stvari so narejene z enostavnimi mehanizmi. "
