Они выяснили, что вода частично растворяет породы, и может формировать остроконечные шпили, а течения ускоряют этот процесс.
«Лес» из карамельных конусов / ©Лаборатория прикладной математики Нью-Йоркского университета
Каменные леса — остроконечные скальные образования, напоминающие деревья, которые распространены в Китае, на Мадагаскаре и в России. Исследователи знают, что они появляются из-за эрозии, но точный механизм до сих пор оставался неясен. Группа ученых из Нью-Йоркского университета в США нашла объяснение тому, как они формируются. «С помощью нескольких симуляций и экспериментов мы показали, как вода создает острые шипы в скалах», — рассказал Лейф Ристроф, соавтор статьи. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Авторы использовали компьютерное моделирование и изучили, как породы, из которых состоят каменные леса, ведут себя в воде. Симуляция показала, что сначала по всей их площади появляются небольшие углубления. Из-за них течения усиливаются и меняют форму камня еще быстрее — так со временем появляются остроконечные шпили.
Чтобы подтвердить правильность расчетов, ученые провели серию экспериментов в Лаборатории прикладной математики Нью-Йоркского университета. Здесь им удалось имитировать образование каменных лесов. Для опытов они использовали сахар: как и некоторые породы, он растворяется в воде, однако процесс протекает гораздо быстрее, и за ним легко наблюдать в лаборатории.
Авторы исследования сделали цилиндры из твердой карамели и погрузили их в воду. Уже через несколько минут ученые начали замечать, как они постепенно превращаются в конусы, а всего через два часа на месте цилиндров оказалась группа острых шипов. Из-за растворенного сахара плотность воды менялась: более тяжелая жидкость под воздействием гравитации опускалась вниз и тем самым создавала течения. Те, в свою очередь, быстрее точили карамельные фигуры, и их вершины становилась острее.
Эксперимент подкрепил результаты компьютерного моделирования и точность гипотезы. Теперь исследователи уверены, каменные леса образуются под воздействием воды, однако в природе это происходит гораздо медленнее. Вода постепенно формирует характерные остроконечные вершины и со временем отступает, открывая их.
«Скорее всего, мы нашли объяснение тому, откуда взялись каменные леса», — объяснил Лейф Ристроф. Новые исследования смогут подтвердить верность текущей работы и, может быть, выявят другие причины образования ландшафта. «Определенную роль в этом может играть дождь», — добавил ученый. Авторы считают, что их открытие также будет полезно для развития науки и медицины, ведь предложенный механизм можно использовать для производства игл и зондов.
