 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Математика того, как образуются сталагмиты
Высокие сталактиты свисают с потолков, а могучие сталагмиты поднимаются с пола древних пещер по всему миру, очень похожие на зубы огромных пещерообразных пастей.Эти естественные столбы образуются из воды, которая просачивается сквозь землю, стекает в пещеры и испаряется, образуя слой за слоем кальцит (карбонат кальция) и другие минералы.За длительный период времени сталагмиты вырастают от нескольких сантиметров в высоту до нескольких метров, некоторые из них образуют тонкие конусы, другие — массивные колонны или пьедесталы с плоскими вершинами.
Теперь исследователи разгадали математику того, как растут сталагмиты, что может повлиять на то, как ученые интерпретируют записи о древнем климате, заключенные в слоях камня.Математическая модель предсказывает, как растет идеальный сталагмит, если условия в пещере остаются неизменными с течением времени.Пара сталактитов и сталагмитов из пещер Пунква, Чехия. Автор: Петр Шимчак
“Оказывается, богатое разнообразие форм сталагмитов можно объяснить одним простым параметром”, — говорит Петр Шимчак из Варшавского университета, Польша.
“Это редкий случай, когда красота, которую мы видим в природе, напрямую соответствует четкому математическому закону”.
Этот коэффициент, «число Дамкелера», представляет собой баланс между расходом воды и скоростью минеральные осадки.
Согласно модели, сталагмиты, похожие на колонны, образуются, когда сверху интенсивно и равномерно стекает вода. В то время как капли, падающие в виде растекания, образуют сталагмиты с плоскими вершинами.
Острые конусы образуются, когда вода течет быстро или капает прямо на сталагмит без изменений.
“Когда мы сравнили наши аналитические решения с образцами из реальных пещер, совпадение оказалось поразительным”, — говорит соавтор Матей Липар (Matej Lipar) из Исследовательского центра Словенской академии наук и искусств.
“Это показывает, что даже в естественных, грязных условиях геометрия, лежащая в основе, сохраняется”.
Падающие капли смачивают небольшое круглое пятно, а не точку, сохраняя верхний уровень по мере осаждения карбоната кальция. Автор: Матей Липар
Ученые используют изменяющиеся соотношения определенных элементарных изотопов, заключенных в слоях камня сталагмита, для реконструкции данных о количестве осадков и температуре на протяжении длительного времени.Новая модель показывает, что сталагмиты с плоской вершиной регистрируют эти сигналы иначе, чем столбчатые или конические.“Сталагмиты являются природными климатическими архивами, но теперь мы видим, что их геометрия накладывает свой отпечаток на изотопные данные”, — говорит соавтор Энтони Лэдд (Anthony Ladd) из Флоридского университета в США.
«Понимание этого эффекта позволит нам извлекайте более достоверную информацию о климате прошлого”.
Новое исследование опубликовано в журнале PNAS.
Другие новости: