Unele dintre cele mai uimitoare fațade structurale nu sunt construite de arhitecți sau sculptate de artiști. De la Canarul Bryce până la Munții Gresiei Elbei din Europa Centrală, arcadele din gresie, alcovile și stâlpii de pe glob arată foarte asemănător cu aceleași caracteristici din arhitectura artificială. Deci, cum face natura?
Continut Asemanator
- Care sunt toate modalitățile care pot dispărea sub picioarele tale?
Un studiu publicat ieri în Nature Geosciences sugerează că un ciclu de feedback al stresului și eroziunii ar putea fi în spatele acestor minuni naturale.
Potrivit unei echipe de cercetători din Cehia, eroziunea elimină treptat boabele de nisip, plasând greutatea rocii pe restul boabelor și determinându-le să se întrepătrundă mai strâns. Pe măsură ce boabele se scot din stâncă, greutatea se schimbă inegal, iar boabele din zonele care suportă mai multă greutate sau stres gravitațional sunt mai greu de erodat - lăsând în urmă arcadele, alcovele și stâlpii pentru a admira turiștii umani.
Oamenii de știință au început mai întâi să descrie și să clasifice aceste caracteristici arhitectonice naturale în urmă cu mai bine de 150 de ani, dar chiar și teoriile oamenilor de știință moderni despre cum se formează arcadele și stâlpii din gresie diferă destul de mult. De exemplu, unii geologi atribuie arcade pe Platoul Colorado pentru subcotarea bazei rocii, în timp ce alții cred că fracturile din rocă le-au produs.
În mod similar, unii oameni de știință susțin că eroziunea în flux a stâlpilor de peșteri din peșterile venezueleene, în timp ce alții indică eroziunea spălând totul, dar boabele care s-au cimentat împreună după ce au fost înmuiate în degete de lichid care s-au scufundat în rocile moi. Cele mai multe explicații se bazează pe observații pe teren și studii ale probelor de rocă la microscop, iar teoriile variază de la o localitate la alta. Nimeni nu a venit cu un mecanism care stă la baza fiecărui scenariu.
Arcul Delicat privit din spate la apusul soarelui, Parcul Național Arches, Utah, SUA. (Foto: Michael Atman) 
Double O Arch înaintea unei furtuni în Devil's Garden, Parcul Național Arches, Utah, SUA. (Foto: Michael Atman) 
Arcul Pravcicka Brana, un exemplu iconic al arhitecturii de gresie în Parcul Național Elvețian Boemian, Republica Cehă. (Foto: Vaclav Sojka) 
Arcul Delicat, Parcul Național Arches, Utah, SUA. (Foto: Jaroslav Soukup) 
Stâlpi de peșteră în Cueva Colibri a sistemului de peșteri Charles Brewer din Venezuela. (Foto: Libor Lanik) Echipa cehă a dorit să adopte o abordare diferită. În timp ce făceau lucrări de câmp în cariera Strelec din bazinul cretacic al Boemiei, au observat că arcade și stâlpi mici - doar aproximativ 2 metri înălțime - s-au format din gresie în doar câteva luni sau ani, mai degrabă decât cântarele de timp milenare asociate cu arhitectura geologică mare .
„Era clar că procesele responsabile pentru acestea funcționau în prezent în carieră și, astfel, procesele pot fi izolate și explicate”, spune Jiri Bruthans, geolog la Universitatea Charles din Praga și coautor al studiului.
De ce să nu încercați să faceți aceste forme de teren în laborator? Bruthans și colegii săi au început observând cum se comportă gresia sub stres. Au tăiat cuburi de gresie din cariera Strelec, le-au scufundat în apă și au aplicat forța verticală în vârful cubului pentru a simula stresul pe care îl simt boabele de nisip din piatră de deasupra lor.
Fără stres vertical, cuburile s-au dezintegrat treptat în boabe individuale. În schimb, sub tensiune crescândă verticală, cubul a fost irosit progresiv până la un stâlp în formă de clepsidră. Vedeți pentru dvs. în video-ul creat de autori pentru a-și suplimenta lucrarea:
În mod critic, gresia de la Strelec nu conține minerale de cimentare care ajută la legarea particulelor de nisip. În schimb, autorii au descoperit că stresul pus pe gresie determină ca mineralele să se întrepătrundă și să țină roca împreună.
Echipa cehă a venit cu un mecanism pentru a explica formarea stâlpilor, iar modelarea numerică a confirmat suspiciunile lor. Practic, încărcătura din blocul de gresie se realizează inegal, unele boabe de gresie purtând mai multă greutate decât altele. Apa se poate scurge cu ușurință în porii rocii - spațiul dintre boabe - și poate eroda bucăți de nisip, dar cerealele care transportă mai mult din sarcină sunt mai greu de scos.
Gândește-te ca un zid de cărămidă uscată. „Este ușor să scoți cărămida din partea superioară a peretelui, dar greu de tras cărămidă din partea de jos, deoarece este încărcată”, spune Bruthans. Pe măsură ce apa scoate granulele de nisip, din ce în ce mai puține boabe transportă mai mult din sarcină, iar stresul dintre boabe crește, legându-le mai strâns între ele și făcându-le mai rezistente la eroziune.
Totuși, unele gresii conțin agenți de cimentare. Astfel, cercetătorii au prelevat gresie cimentată din Cehia, Venezuela și Statele Unite. Expunerea acestor cuburi cimentate la intemperii de sare și îngheț a produs, de asemenea, stâlpi de clepsidră atunci când sunt cântăriți, iar cuburile descărcate s-au dezintegrat de patru ori mai repede. Materialele de cimentare se dizolvă odată cu eroziunea și astfel cuburile cimentate sunt supuse acelorași forțe de stres în joc în cuburi neîncetate.
Evident, eroziunea poate apărea și sub diferite forme. Astfel, cercetătorii au simulat precipitațiile și apa curgătoare în laborator pentru a vedea dacă ar putea avea un efect diferit. În toate cazurile, cuburile încărcate au fost mai rezistente la eroziune decât cuburile descărcate, arătând că stresul a fost factorul cheie.
Cercetătorii au creat o „fereastră de rocă asemănătoare arcului”, prin legarea gresiei cu un cilindru de plastic și prin tăierea „fracturilor” artificiale în rocă. Imersia în apă a determinat modelarea rapidă într-o formă relativ inerentă a inelului. (Fotografii: Michal Filppi) Dincolo de stâlpi, cercetătorii au încercat, de asemenea, să facă arcade și alcove în laborator. Ei au descoperit că forma formată de rocă depinde de geometria bucății expuse inițial de gresie. Cuburi cu fisuri mici, orizontale centrale, au produs arcade. Tăieri parțiale orizontale în cuburi produse alcoove. Și fisurile verticale par să ajute la realizarea de coloane sau stâlpi verticali. De asemenea, diferite procese de eroziune pot produce aceeași formă, dacă încep cu roci similare.
Un arc independent a fost creat în laborator prin imersarea parțială a blocului de gresie încărcat cu o mică deschidere în apropierea bazei. De-a lungul timpului, deschiderea s-a lărgit și a pătruns în blocul de gresie, creând un arc. (Foto: Marek Janáč, Vesmir.cz) Având în vedere acest lucru, autorii apelează la o explicație mai nuanțată a modului în care se formează arcade și stâlpi în gresie. „Nu ar trebui să spunem că eroziunea sau intemperiile au sculptat formele, întrucât câmpul de stres a dat forma formelor. Procesele de eroziune sunt simple instrumente controlate de stres ”, explică Bruthans.
Că un astfel de mecanism simplu ar putea crea structuri atât de frumoase contrastează concepția noastră umană despre ceea ce intră în artă sau arhitectură care este estetic plăcut. „Pentru a crea forme perfecte nu ai nevoie de inteligență sau de planificare”, spune Bruthans. De fapt, „contrariul este valabil pentru natură. Majoritatea lucrurilor perfecte sunt realizate prin mecanisme simple. ”
