Science

Οι μαθηματικοί μπορεί να έχουν ξεκλειδώσει το μυστικό του πώς σχηματίζονται τα «πέτρινα δάση»

Μεγέθυνση / Το Πέτρινο Δάσος (Shilin) ​​στην επαρχία Γιουνάν της Κίνας μπορεί να είναι το αποτέλεσμα στερεών που διαλύονται σε υγρά παρουσία βαρύτητας, παράγοντας φυσικές ροές μεταφοράς.

Υπάρχουν πολλοί θαυμάσιοι γεωλογικοί σχηματισμοί στη φύση Causeway του Γίγαντα στην Ιρλανδία προς Πύργος Castleton στη Γιούτα, και οι διάφορες διαδικασίες με τις οποίες σχηματίζονται τέτοιες δομές έχουν μακροχρόνιο ενδιαφέρον για τους επιστήμονες. Μια ομάδα εφαρμοσμένων μαθηματικών από το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης έστρεψε την προσοχή της στα λεγόμενα «πέτρινα δάση» κοινά σε ορισμένες περιοχές της Κίνας και της Μαδαγασκάρης. Αυτά τα μυτερά πετρώματα, όπως τα φημισμένα Πέτρινο δάσος στην επαρχία Γιουνάν της Κίνας, είναι το αποτέλεσμα στερεών που διαλύονται σε υγρά παρουσία βαρύτητας, η οποία παράγει φυσικές ροές μεταφοράς, σύμφωνα με την ομάδα της NYU. Περιέγραψαν τα ευρήματά τους στο ένα πρόσφατο άρθρο δημοσιεύθηκε στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

Ο συν-συγγραφέας Leif Ristroph είπε στον Ars ότι η ομάδα του στο εργαστήριο Applied Math Lab της NYU ενδιαφερόταν να μελετήσει πέτρινα δάση (τεχνικά έναν τύπο τοπογραφία καρστ) με μια κάπως έμμεση διαδρομή. Χρησιμοποιούσαν προσομοιώσεις και πειράματα για να εξερευνήσουν τα ενδιαφέροντα σχήματα που εξελίσσονται σε τοπία λόγω μιας σειράς διαδικασιών «διαμόρφωσης», κυρίως διάβρωσης και διάλυσης.

“Ανακαλύψαμε για πρώτη φορά τις αιχμές που σχηματίστηκαν με διάλυση όταν αφήσαμε την καραμέλα σε μια δεξαμενή νερού και επέστρεψα αργότερα για να βρούμε ένα βελόνα που μοιάζει με βελόνα”, είπε. «Ο μαθητής, ο πρώτος συγγραφέας Mac Huang, έκοψε ακόμη και κατά λάθος όταν θαύμαζε το σχήμα. Αυτό μας έφερε στο πρόβλημα και ήμασταν πολύ ενθουσιασμένοι όταν συνειδητοποιήσαμε τη σύνδεση με τις πέτρινες πυραμίδες και τα πέτρινα δάση, τα οποία ήταν αρκετά μυστηριώδη στην ανάπτυξή τους. Ελπίζουμε ότι τα πειράματά μας λένε μια απλή «ιστορία καταγωγής» πίσω από αυτές τις μορφές.

READ  Αξιωματούχοι της Χαβάης αναφέρουν 2 θανάτους που σχετίζονται με κοροναϊούς στο Oahu και 114 νέες μολύνσεις σε όλη την πολιτεία

Προκειμένου να δοκιμάσουν τις προσομοιώσεις τους στο εργαστήριο, η ομάδα συνδύασε κοκκοποιημένη επιτραπέζια ζάχαρη, σιρόπι καλαμποκιού και νερό σε καλούπια για να φτιάξει μπλοκ και μεμονωμένους πυλώνες στερεοποιημένης (σκληρής) καραμέλας – μια προσέγγιση με τους διαλυτούς βράχους που σχηματίζουν συνήθως καρστογραφίες. . Το καλούπι για τα μπλοκ περιελάμβανε συστοιχίες όρθιων μεταλλικών ράβδων για «σπορά» των μπλοκ με πόρους για ακόμη πιο κοντινή προσέγγιση. Έβαλαν αυτά τα μπλοκ και τις κολόνες σε μια δεξαμενή πλεξιγκλάς γεμάτη με απαερωμένο νερό σε θερμοκρασία δωματίου – αρκετά βαθιά ώστε τα διαλυμένα σάκχαρα να καθιερωθούν στο κάτω μέρος, μακριά από τα αντικείμενα που δοκιμάζονται. Πήραν τη διαδικασία διάλυσης λαμβάνοντας ψηφιακές φωτογραφίες σε διαστήματα ενός λεπτού.

Μπορείτε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο που έχει παρέλθει από το πείραμα παρακάτω, στο οποίο ένα διαλυμένο μπλοκ από καραμέλες μεταμορφώνεται σε μια σειρά από αιχμηρές αιχμές που μοιάζουν με ένα κρεβάτι καρφιών. Το μπλοκ ξεκινά με εσωτερικούς πόρους και βυθίζεται εξ ολοκλήρου κάτω από το νερό, όπου διαλύεται και γίνεται “δάσος καραμελών” πριν καταρρεύσει.

Αυτό συμβαίνει ακόμη και σε στάσιμο νερό. “Διαπιστώσαμε ότι η ίδια η διαδικασία διάλυσης δημιουργεί τις ροές που είναι υπεύθυνες για τη χάραξη του σχήματος ακίδας”, δήλωσε ο Ρίστροφ. “Βασικά, το ορυκτό – ή, στα πειράματά μας, καραμέλα γλειφιτζούρι που χρησιμεύει ως” ψεύτικος βράχος “- διαλύεται και το περιβάλλον υγρό γίνεται βαρύ και στη συνέχεια ρέει προς τα κάτω λόγω βαρύτητας. Επομένως, ο μηχανισμός μας δεν απαιτεί συγκεκριμένες συνθήκες ροής ή άλλες εξωτερικές ή περιβαλλοντικές συνθήκες: Η συνταγή περιλαμβάνει μόνο τη διάλυση σε υγρό και βαρύτητα. “

READ  Παρακολουθήστε την ULA να εκτοξεύει έναν διαβαθμισμένο δορυφόρο κατασκοπείας στον πιο ισχυρό πύραυλο

Ρίστροφ et αϊ. προτείνουν ότι ένας παρόμοιος μηχανισμός λειτουργεί στη διαμόρφωση των πέτρινων δασών, σε πολύ μεγαλύτερη χρονική κλίμακα. Διαλυτοί βράχοι όπως ασβεστόλιθος, δολομίτης και γύψος βυθίζονται κάτω από το νερό, όπου τα ορυκτά διαλύονται αργά στο γύρω νερό. Στη συνέχεια, το βαρύτερο νερό βυθίζεται κάτω από το τράβηγμα της βαρύτητας προς τα κάτω, και οι ροές σταδιακά σχηματίζουν καρστογραφίες. Όταν το νερό υποχωρεί, εμφανίζονται οι πυλώνες και τα πέτρινα δάση.

Στην επιφάνεια, αυτά τα πέτρινα δάση μοιάζουν μάλλον με “συγνώμη“: χιονισμένοι πυλώνες πάγου που σχηματίζονται σε πολύ ξηρό αέρα που βρίσκονται ψηλά στους παγετώνες των Άνδεων. Μερικοί φυσικοί έχουν προτείνει ότι οι μετανοούμενοι μορφή όταν το φως του ήλιου εξατμίζει το χιόνι απευθείας σε ατμούς, χωρίς να περάσει από μια υδατική φάση (εξάχνωση). Οι μικροσκοπικές κορυφές και οι γούρνες σχηματίζονται, και το φως του ήλιου παγιδεύεται μέσα τους, δημιουργώντας επιπλέον θερμότητα που απομακρύνει ακόμη πιο βαθιά σκάφη και αυτές οι καμπύλες επιφάνειες με τη σειρά τους λειτουργούν ως φακός, επιταχύνοντας ακόμη περισσότερο τη διαδικασία εξάχνωσης. Ενα εναλλακτική πρόταση προσθέτει έναν πρόσθετο μηχανισμό για τον υπολογισμό της παράξενης περιοδικής σταθερής απόστασης των penitentes: ένας συνδυασμός διάχυσης ατμών και μεταφοράς θερμότητας που παράγει μια απότομη κλίση θερμοκρασίας και συνεπώς υψηλότερη ταχύτητα εξάχνωσης.

Οι φυσικοί ήταν σε θέση για αναδημιουργία τεχνητές εκδόσεις penitentes στο εργαστήριο. Όμως, τα penitentes και τα πέτρινα δάση είναι πραγματικά αρκετά διαφορετικά όσον αφορά τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στη διαμόρφωσή τους. “Νομίζω ότι οι ομοιότητες είναι πολύ επιφανειακές”, δήλωσε ο Ρίστροφ. “Σίγουρα, η διαδικασία” γλυπτικής “είναι πολύ διαφορετική από την άποψη των κύριων κινητήριων επιπτώσεων. Κυρίως, οι αιχμές μας είναι πολύ σκαλισμένες από ροές, τις οποίες δεν νομίζω ότι παίζουν μεγάλο ρόλο στη διαμόρφωση των μετανοών.”

READ  NASA εναντίον Κατρίνα: 29 Αυγούστου 2005

Βεβαίως, οι ερευνητές της Νέας Υόρκης πέτυχαν τα αποτελέσματά τους κάτω από εξιδανικευμένες συνθήκες – εσκεμμένα έτσι, σύμφωνα με τους συγγραφείς, τόσο το καλύτερο να αναγνωρίσουμε και να χαρακτηρίσουμε με σαφήνεια τη διαδικασία ακονίσματος, τον υποκείμενο μηχανισμό και τη μαθηματική δομή. Ως αποτέλεσμα, “Αυτή η μελέτη αποκαλύπτει ένα ελάχιστο σύνολο συστατικών που είναι απαραίτητα για τα μοτίβα της βελόνας και του νυχιού”, έγραψαν οι συγγραφείς. Στο μέλλον, ελπίζουν να δοκιμάσουν περαιτέρω αυτήν τη διαδικασία σχηματισμού κάτω από διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες στο εργαστήριο, όπως το πώς η κατακρήμνιση και η απορροή της επιφάνειας, ή η θαμμένη υπό χαλαρά ιζήματα, μπορεί να επηρεάσουν το σχηματισμό κορυφής.

DOI: PNAS, 2020. 10.1073 / pnas.2001524117 (Σχετικά με τα DOI).

Related Articles

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close