Arches et ponts naturels, colonnes, voûtes et autres formations de grès exotiques fascinent par leur forme extraordinaire et leur stabilité absolument incompréhensible. Ils ont toujours été une source de surprise et de curiosité pour de nombreuses générations de scientifiques, et les gens ordinaires ont parfois pris ces statues pour des «salutations» de civilisations anciennes ou même d'extraterrestres. En général, il était clair que leurs principaux architectes étaient le vent, l'eau et le soleil, mais jusqu'à récemment, la raison de leurs formes non triviales restait un mystère.
La première étude expérimentale et théorique solide des mécanismes d'érosion qui sous-tendent la formation des arcs naturels a été réalisée il y a trois ans par des mathématiciens de l'Université Charles de Prague. Ils ont découvert que les formes résultent d'un processus unique d'auto-organisation des grains de sable dans les strates de grès. Les scientifiques ont émis l'hypothèse que l'érosion naturelle élimine principalement les matériaux non stressés, ce qui est «inefficace» en termes de répartition de la charge. La raison de ce comportement réside dans la loi du frottement sec - plus les particules de matériau sont fortes comprimées par des couches de matériau adjacentes, plus il est difficile de les séparer.
Les chercheurs de Skoltech étaient fascinés par l'idée de leurs collègues de Prague et ils ont continué à étudier la question des mécanismes de formation de telles structures. Ils ont décidé de considérer le phénomène de l'érosion comme un processus d'optimisation de la forme (l'optimisation de la forme est maintenant largement utilisée dans l'industrie moderne, lorsque les ingénieurs et les architectes améliorent la forme et la structure des structures qu'ils érigent, où la résistance et la légèreté sont nécessaires). Et puis, pour tester leur idée, les scientifiques ont créé un programme mathématique décrivant le processus de l'érosion éolienne, et avec son aide, ils ont construit une arche en utilisant un modèle informatique de la couche de grès. Le modèle en grès se composait de nombreux cubes presque sans rapport, agissant sur les voisins avec une certaine force. Si cette force dépassait une certaine valeur, le vent ne pouvait pas déplacer le "cube" de sa place,sinon, il a disparu du réservoir après un certain laps de temps, rapporte RIA Novosti.
En expérimentant ce modèle, des scientifiques russes ont confirmé l'idée de leurs collègues tchèques et ont révélé plusieurs principes physiques qui expliquent la naissance des colonnes et des arcs. Dans leur forme la plus générale, ils ont montré que le vent joue le rôle d'une sorte d '«ordinateur» essayant de donner à la couche de grès une forme telle que le minimum d'énergie de déformation élastique s'accumule à l'intérieur, éliminant progressivement et accidentellement les éléments les plus faibles de la structure.
Initialement, ce processus se déroule rapidement, mais après plusieurs centaines d'années, lorsque la forme de la colonne ou de l'arc s'approche déjà de l'idéal, l'érosion ralentit brusquement, car presque tous les «cubes» commencent à s'accrocher les uns aux autres avec une grande force. Grâce à cela, de véritables arches et colonnes de montagne peuvent exister pendant des millions d'années sous une forme presque intacte.
De telles conclusions sont importantes non seulement pour les ingénieurs et les géologues, mais aussi pour les personnes à la recherche de traces de vie extraterrestre. Or, comme le soulignent les mathématiciens russes, de telles structures, qui, par exemple, peuvent être découvertes sur Mars, ne peuvent en principe pas être considérées comme des traces de civilisations extraterrestres.
