Потрясающие природные формы могут формироваться в удивительно простых условиях.
Ошеломляющие, острые, как бритва, шпили каменных лесов могут формироваться в обманчиво простых условиях, как показал новый приторный эксперимент.
Используя леденцы, исследователи обнаружили, что цилиндрические формы могут естественным образом превращаться в острие в стоячей воде по мере растворения - никакого сложного потока не требуется. Это явление может объяснить, почему острые каменные вершины часто встречаются там, где преобладает легко растворимая порода известняка. Примеры включают Каменный лес или Шилин в Куньмине, Китай, зазубренные вершины национального парка Цинги-де-Бемараха на Мадагаскаре и вершины Гунунг-Мулу в Малайзии.
«Мы нашли простейший рецепт, как сделать одну из этих вершин», - сказал Лейф Ристроф, физик-экспериментатор и математик из Нью-Йоркского университета, который руководил исследованием, опубликованным 8 сентября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .
Простые сахара
Рецепт действительно был прост. Ристроф и его команда приготовили леденцы - похожие на леденцы - в форме цилиндра с куполообразной вершиной. Они поставили конфету вертикально в емкость с водой и просто дали ей раствориться.
Можно было бы представить, что конфета просто сжимается, сохраняя более или менее ту же форму. Но этого не произошло. Вместо этого конфета постепенно превращалась в острие по мере растворения. Эти точки могут стать довольно острыми, сказал Ристроф Live Science, как минимум в 10 раз тоньше человеческого волоса.
«Это очень прекрасные структуры, которые появляются, и они вроде как создают себя», - сказал Ристроф.
Следующим шагом было выполнение математических расчетов, чтобы выяснить, почему возник этот эффект повышения резкости. По словам Ристрофа, по мере того, как леденец растворяется, вода непосредственно рядом с сахарным столбиком насыщается сахаром. Это делает его тяжелее окружающей воды. Таким образом, эта насыщенная сахаром вода опускается вниз, почти как кожица, снимающаяся с леденца.
Это опускание означает, что растворяющаяся конфета по существу создает свой собственный поток. Пресная вода течет с боков, но сама наполняется сахаром и тонет. Этот поток превращает конфету в точку.
Сахар в камень
По словам Ристрофа, известняк и другие растворимые породы сложнее простого сахара, и, вероятно, существуют и другие факторы, которые помогают формировать каменные леса, встречающиеся во всем мире. Химический состав горных пород, рыхлые отложения и ветры, вероятно, играют роль. Но каменные леса в основном образуются, когда они погружены под воду, и простота эксперимента с конфетами помогает объяснить основной процесс, сказал Ристроф.
«Мы выбираем здесь материалы, такие как чистая вода и чистые конфеты, они целенаправленно чисты, поэтому мы можем понять их с точки зрения основ», - сказал Ристроф.
По словам Ристрофа, эксперимент можно провести дома. Он и его команда также исследовали формы, которые появляются при растворении конфетных сфер, и, по его словам, результаты часто бывают сложными. «Это действительно прекрасный кухонный эксперимент», - сказал он.
Понимание форм в природе важно, потому что формы раскрывают историю объекта, добавил Ристроф. Например, космический корабль, летящий над неизведанной планетой, может отправить обратно изображения рельефа как единственный ключ к истории поверхности планеты. По его словам, подобные реки на Марсе были первым намеком на то, что на Красной планете когда-то была вода.
«Эта форма кое-что говорит вам о стоящих за ней событиях, условиях окружающей среды, потоках жидкости», - сказал Ристроф. «Все написано на этой фигуре».