Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Математики объяснили происхождение загадочного рельефа на скалах — от Дальнего Востока до Марса
Скалы, инженерные сооружения и памятники иногда покрываются похожими на соты углублениями с тонкими перегородками — геологи называют это ячеистым выветриванием. Обычно такого рода сотовые структуры наблюдаются на песчанике и граните во влажных средах с высоким содержанием соли, например вблизи моря, но также и в пустынях, и даже на Марсе. В природных объектах каменные соты выглядят как занятный орнамент, но для памятников это явление вредно. Соты в скалах активно изучаются уже около ста лет, но исчерпывающего ответа на вопрос, почему они формируются, до сих пор нет. Зато теперь есть компьютерная модель, которая симулирует выветривание породы при испарении соленой воды и воспроизводит загадочный рельеф, указывая, какие условия способствуют его появлению.
Исследование опубликовано двумя учеными из Сколтеха в журнале Geosciences. «Сотовые структуры на скалах изучаются последние сто лет, но четкого понимания, как они появляются, до сих пор нет, — прокомментировал исследование его первый автор, доцент Центра технологий материалов Сколтеха Александр Сафонов. — Выдвигались разные гипотезы: водная и ветровая эрозия, разрушительное воздействие кристаллов льда или соли, резкие перепады температур, лишайники и так далее».
«В этой работе мы следуем гипотезе выветривания вследствие испарения солёной воды, создаём математическую симуляцию и определяем интервал влажности, в котором происходит сотообразование, — продолжил ученый. — С точки зрения сохранения памятников полученные нами результаты могут помочь определять, какие участки поверхности того или иного сооружения, статуи наиболее подвержены этому виду эрозии. Также можно пытаться прогнозировать срок службы здания при том или ином расположении и определять более благоприятные площадки для строительства или переноса памятников».
Известно, что горная порода может постепенно разрушаться под воздействием эрозии разной природы, но до настоящего момента ни эксперименты, ни математические модели не воспроизводили характерной испещрённой множеством ячеек поверхности в результате воздействия того или иного фактора выветривания. Исследователям из Сколтеха удалось создать симуляцию, в которой постепенное изменение поверхности приводит к формированию сотовых структур. Более того, из симуляции становится ясно, почему ниже «пояса сот» на скале часто наблюдается гладкий, «отшлифованный» участок, а выше — не затронутая эрозией зона.
Симуляция выполнена в двух измерениях для стандартных условий испарения, взятых в литературе. В модели сделано допущение: сколько бы воды ни испарялось с поверхности скалы, в ее сердцевине влажность принимается постоянной для данной высоты над землей. Интуитивно это можно понять так: допустим, почва под скалой такая влажная, что ее сердцевина все время подпитывается водой до некоторого уровня, который постоянен для данной высоты над землей. Если подняться выше, то это базовое значение снижается. Так вот, в некотором диапазоне высот достигается оптимальная влажность и вода, которая мигрирует от центра скалы к ее поверхности, улетучивается и оставляет за собой соляные кристаллы, вызывает сотовую эрозию. Процесс запускает одна случайная выбоина на скале. Ниже попробуем разобраться, почему это происходит лишь при определённом уровне влажности.
Вода выходит из наиболее влажных (показаны красным) внутренних слоёв скалы к максимально сухой (синий цвет) поверхности. Если испарение происходит не глубоко внутри, а немного не доходя до поверхности, то остающиеся под поверхностным слоем кристаллы соли отщепляют частицы камня. Такого рода выветривание ведёт к появлению характерных перегородок (справа), если поверхности была произвольная выбоина на старте (слева) и базовый уровень влажности (красный) имеет оптимальное значение — последнее условие будет выполняться на определённой высоте над уровнем моря.
«Ключ к пониманию: вода не обязательно испаряется на поверхности, — объясняет соавтор исследования, аспирант Сколтеха Кирилл Минченков. — Вообще, возможны три сценария. Высоко над землёй скала такая сухая, что вода начинает постепенно испаряться задолго до выхода на поверхность. Внутри остаются соляные кристаллы в небольшом количестве, но никакого существенного разрушения нет.
Если же, наоборот, спуститься очень близко к земле, или уровню моря, то влажность очень высока и вода испаряется непосредственно с поверхности скалы. Да, остается много соли, но этот неглубокий процесс затрагивает лишь самый наружный слой породы. Так вот, помимо этих двух сценариев есть промежуточный случай, когда вода испаряется внутри, но на незначительной глубине, оставляя под приповерхностным слоем породы соляные кристаллы, которые распирают её и со временем отщепляют частицы камня».
Чтобы понять, откуда берутся стенки сот, которые в плоской 2D-модели выглядят как отростки на поверхности скалы, рассмотрим сочетание третьего и первого сценариев: оптимальная для эрозии и недостаточная влажность. Допустим, на интересующей нас высоте скала имеет оптимальную влажность внутри, а значит, её поверхность в целом будет подвержена эрозии. Оказывается, что если на ней изначально присутствовали выступы (поэтому симуляция начинается с появления случайной выбоины), именно эти выступы будут меньше подвержены эрозии, поскольку они слишком сухие и там испарение произойдёт на слишком большой глубине. В результате поверхность в целом постепенно съедается эрозией, но «привилегированное» положение выступов защищает их от разрушения.
Аналогичным образом можно объяснить гладко отшлифованную поверхность, которая часто наблюдается ниже уровня образования сот. Там порода в среднем более влажная и возможна ситуация, что выветривание, наоборот, происходит только на выступах.
Telegram 
Дзен 
VK Нанопластика становится все больше в диете среднего человека, но ученые ищут способы не дать ему переместиться из еды в организм навсегда. Оказалось, что источником защиты может стать квашеная капуста.
Масштабное 10-летнее исследование, проведенное учеными Института стоматологии имени Е.В. Боровского Сеченовского Университета, помогло найти способ значительно повысить успех дентальной имплантации. Ключом оказался системный контроль уровня витамина D в крови пациентов, готовящихся к этой процедуре, и коррекция его дефицита под наблюдением эндокринолога. Такой междисциплинарный подход позволяет достичь успеха в 97,4% случаев имплантации.
Современные металлические имплантаты для суставов сегодня успешно заменяют изношенные кости, но часто оказываются слишком жесткими для организма. Со временем это приводит к разрушению ткани вокруг протеза, его расшатыванию и необходимости повторной операции. Перспективной альтернативой считаются углерод-углеродные композиты, которые способны «срастаться» с живой костью. Однако до сих пор инженеры не могли точно предсказать, как именно этот процесс влияет на прочность конструкции, используя для расчетов упрощенные и неточные модели. Ученые Пермского Политеха впервые разработали модель, которая впервые реалистично описывает врастание кости в имплантат и позволяет точнее прогнозировать его долговечность.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Арахнологи описали новый вид пауков, который копирует облик мертвой особи, пораженной паразитическим грибом, чтобы хищники меньше обращали на него внимание. В природе такой гриб заражает хозяина и воздействует на его нервную систему, после чего заставляет подниматься на возвышенность, откуда легче распространять споры. Открытие расширит представления ученых о мимикрии у животных.
20 марта Московскому авиационному институту исполняется 96 лет. За эти годы университет прошел большой путь становления, и во многом его развитие определяли люди, посвятившие себя науке и подготовке инженерных кадров. Один из таких — выдающийся ученый, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Борис Семенович Зечихин. Более 70 лет его жизнь неразрывно связана с кафедрой 310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» и НИО-310 МАИ. Научная и педагогическая работа Бориса Семеновича получила широкое признание в России и за рубежом, а его вклад в развитие электромеханических специальностей и подготовку инженерных кадров оказал существенное влияние на отечественную авиационную и электротехническую промышленность. Сегодня Борис Семенович продолжает свою работу, участвует в проектах по созданию электрических и гибридных силовых установок, передает опыт и знания молодым специалистам в рамках развития Передовой инженерной школы и всего МАИ в целом.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно