Ученые представили новую теорию о процессах, которые способствуют формированию сталагмитов в пещерах, что может объяснить историческое разнообразие их конфигураций.
Глубоко в подземных пещерах капли воды, стекающие с потолков, создают одно из самых известных природных явлений — сталагмиты. Кальцитовые образования варьируются от небольших выступов всего лишь несколько сантиметров до внушительных колонн высотой в несколько метров. Они медленно растут снизу вверх благодаря регулярному осаждению минеральных слоев каждой упавшей капли, пишет Phys.org.
Величественные структуры ценятся не только за свою красоту, но и за способность хранить свидетельства древних климатических изменений в слоях своего нарастания, аналогично тому, как кольца деревьев запечатлевают историю прошедших лет. Однако почему одна сталагмитовая структура выглядит как изящный тонкий конус, другая превращается в мощную колонну, а третья имеет странные очертания с плоским верхом? Недавно ученые из Варшавского университета совместно с коллегами опубликовали новое исследование, в котором представлена первая полная математическая модель формирования сталагмитов. Они смогли детально объяснить процесс роста идеальной формы сталагмита при постоянных условиях внутри пещеры.
Форма сталагмита определяется единственным параметром — числом Дамкелера, которое отражает соотношение между скоростью осаждения кальцита и интенсивностью водного потока. Когда капли собираются в одной точке, образуется цилиндрический столбик, в то время как рассеянное капание способствует формированию поверхности с плоским верхом. Если же интенсивность падения увеличивается или струя направлена прямо сверху, возникают острые конусообразные конструкции.
«Разнообразие форм сталагмитов можно объяснить одним простым параметром. Это редкий случай, когда красота, которую мы наблюдаем в природе, напрямую связана с фундаментальным математическим законом», — комментирует ведущий автор исследования Петр Шимчак из Варшавского университета.
Для проверки своей гипотезы ученые использовали метод рентгеновской томографии для анализа сталагмитов из известной словенской пещеры Постойна. Сканирование в медицинском центре Люблянского университета показало удивительное совпадение реальных структур с теоретическими расчетами. Полученная модель настолько точна, что способна учитывать даже мелкие нюансы, включая постепенный переход от плоской вершины к классической цилиндрической форме.
Фото: hi-tech.mail.ru