Neke od najzgodnijih strukturalnih podviga ne grade arhitekti ili ih ne stvaraju umjetnici. Od Bryce Canyon-a do Elbe Sandstone Mountains u srednjoj Europi, lukovi pješčenjaka, alke i stupovi širom svijeta izgledaju nevjerojatno slično istim značajkama u umjetnoj arhitekturi. Dakle, kako to priroda čini?
Povezani sadržaj
- Koji su sve načini na koje zemlja može nestati ispod vaših nogu?
Studija objavljena jučer u časopisu Nature Geosciences sugerira da iza ovih prirodnih čuda možda stoji povratni ciklus stresa i erozije.
Prema timu istraživača iz Češke, erozija postupno uklanja zrnca pijeska, stavljajući težinu stijene na ostatak zrna i uzrokujući njihovo čvršće međusobno isprepletanje. Kako se zrna povlače iz stijena, težina se kreće neravnomjerno, a zrna u područjima koja nose veću težinu ili gravitacijski stres teže je erodirati - ostavljajući iza lukova, alkova i stupova ljudske turiste da im se dive.
Znanstvenici su prvi počeli opisivati i klasificirati ta prirodna arhitektonska obilježja prije više od 150 godina, ali čak se i teorije modernih znanstvenika o tome kako se oblikuju lukovi i stupovi od pješčenjaka prilično razlikuju. Na primjer, neki geolozi pripisuju lukove na platou Kolorado podcjenjivanjem dna stijene, dok drugi misle da su ih lomovi stvorili.
Slično tome, neki znanstvenici tvrde da su erozije izrezbarene špiljske stupove u venecuelanskim špiljama, dok drugi ukazuju na to da erozija ispire sve, osim zrna koja su se spojila nakon namočenja u prstima tekućine koja je prodirala u meke stijene. Većina objašnjenja temelji se na terenskim opažanjima i studijama uzoraka stijena pod mikroskopom, a teorije se razlikuju od zemlje do zemlje. Nitko nije smislio mehanizam koji je temeljio u svakom scenariju.
Nježni luk promatran odozdo na zalasku sunca, Nacionalni park Arches, Utah, SAD. (Foto: Michael Atman) 
Dvostruki luk prije oluje u Đavoljevom vrtu, Nacionalni park Arches, Utah, SAD. (Foto: Michael Atman) 
Luk Pravcicka Brana, ikoničan primjer arhitekture pješčenjaka u Nacionalnom parku Bohemian Švicarska, Češka. (Foto: Vaclav Sojka) 
Nježan luk, Nacionalni park Arches, Utah, SAD. (Foto: Jaroslav Soukup) 
Špiljski stubovi u Cueva Colibri iz špiljskog sustava Charles Brewer u Venezueli. (Foto: Libor Lanik) Češki tim želio je drugačiji pristup. Dok su radili terenske radove u kamenolomu Strelec u Boemskom krednom bazenu, primijetili su da se od pješčenjaka tijekom malih mjeseci ili godina stvaraju mali lukovi i stubovi - najviše oko dva metra, umjesto tisućljetne skale povezane s velikom geološkom arhitekturom,
"Bilo je jasno da procesi odgovorni za njih djeluju u kamenolomu, pa se procesi mogu izolirati i objasniti", kaže Jiri Bruthans, geolog sa Sveučilišta Charles u Pragu i koautor studije.
Zašto ne pokušati napraviti ove oblike tla u laboratoriju? Bruthans i njegovi kolege započeli su promatranjem kako se pješčenjak ponaša pod stresom. Iz kamenoloma Strelec izrezali su kockice pješčenjaka, potapali ih u vodu i primijenili vertikalnu silu na vrh kocke kako bi simulirali stres koji zrnca pijeska u kamenu osjećaju iz stijena iznad njih.
Bez vertikalnog naprezanja, kocke se postupno raspadaju na pojedinačne žitarice. Suprotno tome, pod povećanjem vertikalnog naprezanja, kocka se postepeno rasipala na stup u obliku sata. Pogledajte i sami u videu koji su stvorili autori za dopunu svojih radova:
Kritično, pješčenjak iz Streleca ne sadrži minerale koji cementiraju pomažući vezivanje čestica pijeska. Umjesto toga, autori su otkrili da stres na pješčenjaku uzrokuje da se minerali međusobno isprepleću i drže zajedno.
Češki tim smislio je mehanizam za objašnjenje stupa, a numeričko modeliranje potvrdilo je njihove sumnje. U osnovi se opterećenje unutar bloka od pješčenjaka odvija neravnomjerno, pri čemu neka zrnca pješčenjaka nose veću težinu od drugih. Voda se lako može uvući u pore stijene - prostor između zrna - i izbrisati komadiće pijeska, ali zrna koja teže prenose težište teže je povući.
Zamislite to kao suhi zid od opeke. "Lako je izvući ciglu s vrha zida, ali teško je izvući ciglu s dna, jer je opterećena", kaže Bruthans. Kako voda izvlači zrnca pijeska, sve manje i manje zrna nosi veći teret, a stres između zrna povećava se, čvršće ih vežući i čineći ih otpornijima na eroziju.
Neki pješčenjak ipak sadrži cementne tvari. Dakle, istraživači su uzorkovali cementni pješčenjak iz Češke, Venezuele i Sjedinjenih Država. Izlaganje ovih zacementiranih kockica soli i mrazu također je proizvelo stupove iz satnog stakla pri vaganju, a neopterećene kocke raspadaju se četiri puta brže. Cementirajući materijali se otapaju erozijom i tako cementirane kocke podliježu istim silama naprezanja pri igri u necentriranim kockama.
Očito je da erozija može doći i u različitim oblicima. Dakle, istraživači su simulirali kišu i tekuću vodu u laboratoriju kako bi vidjeli može li imati drugačiji učinak. U svim su slučajevima napunjene kocke bile otpornije na eroziju od neopterećenih kockica, što pokazuje da je stres bio ključni faktor.
Istraživači su stvorili "luk poput stijena", vežući pješčenjak plastičnim cilindrom i rezanjem umjetnih "prijeloma" u stijenu. Uranjanje u vodu uzrokovalo je brzo oblikovanje relativno stabilnog oblika prstena. (Fotografije: Michal Filppi) Pored stupova, istraživači su također pokušali napraviti lukove i alke u laboratoriju. Otkrili su da oblik koji stijena formira ovisi o geometriji početnog izloženog komada pješčenjaka. Kocke s malim, središnjim vodoravnim pukotinama stvaraju lukove. Djelomični vodoravni rezovi u kockicama proizveli su alke. A vertikalne pukotine čini se da pomažu u okomitom stupcu ili stupovima. Također, različiti postupci erozije mogu stvoriti isti oblik ako počnu sa sličnim stijenama.
U laboratoriju je stvoren samostojeći luk djelomičnim uranjanjem opterećenog bloka pješčenjaka s malim otvorom u blizini baze. S vremenom se otvor proširio i probio se u blok pješčenjaka, stvarajući luk. (Foto: Marek Janáč, Vesmir.cz) S obzirom na to, autori pozivaju na nijansiranije objašnjenje kako se lukovi i stupovi formiraju u pješčenjaku. "Ne bismo trebali reći da su forme oblikovale erozija ili vremenske prilike, jer je polje stresa ono što daje oblicima oblik. Erozijski procesi su jednostavno oruđe koje kontrolira stres ", objašnjava Bruthans.
Da bi tako jednostavan mehanizam mogao stvoriti tako lijepe strukture, suprotno je našem ljudskom pogledu na ono što ide s umjetnosti ili arhitekture što je estetski ugodno. „Da biste stvorili savršene oblike, ne trebate inteligenciju ili planiranje“, kaže Bruthans. Zapravo, za prirodu vrijedi suprotno. Najsavršenije stvari izrađene su jednostavnim mehanizmima. "
