Mõned kõige uimastatumad ehitised pole arhitektide ehitatud ega kunstnike skulptuurid. Alates Bryce'i kanjonist kuni Kesk-Euroopa Elbe liivakivimägedeni näevad liivakivikaarde, alkode ja sambad ümber maakera silmatorkavalt sarnased inimtegevusel põhineva arhitektuuri samu jooni. Niisiis, kuidas loodus seda teeb?
Seotud sisu
- Mis on kõik viisid, kuidas maa võib teie jalgade alt ära jääda?
Eile ajakirjas Nature Geosciences avaldatud uuring soovitab, et nende looduslike imetluste taga võib olla stressi ja erosiooni tagasisidetsükkel.
Tšehhi Vabariigist pärit teadlaste meeskonna sõnul eemaldab erosioon liiva terad järk-järgult, asetades kivi raskuse ülejäänud teradele ja põhjustades nende tihedamat blokeerumist. Kui terad kivist välja tõmmatakse, nihkub kaal ebaühtlaselt ja suurema raskuse või gravitatsioonilise stressi all kannatavates piirkondades on terad raskem lagundada - jättes kaared, alkode ja sammaste taha turiste imetleda.
Teadlased hakkasid neid looduslike arhitektuuriliste tunnuste kirjeldamist ja klassifitseerimist esmakordselt juba rohkem kui 150 aastat tagasi, kuid isegi tänapäevaste teadlaste teooriad, kuidas liivakivikaar ja sammas moodustavad, erinevad üsna palju. Näiteks omistavad mõned geoloogid Colorado platool olevad kaared kivi aluse õõnestamisele, teised arvavad, et kivimurrud tekitasid neid.
Samamoodi väidavad mõned teadlased, et ojaerosiooniga nikerdatud koobasambad Venezuela koobastes, teised viitavad erosioonile, mis peseb kõik ära, välja arvatud terad, mis tsementeerusid pärast seda, kui nad olid leotatud pehmetesse kivimitesse imbunud vedeliku sõrmedesse. Enamik selgitusi põhineb põlluvaatlustel ja kivimiproovide uurimisel mikroskoobi all ning teooriad varieeruvad lokaaditi. Keegi polnud tulnud välja mehhanismiga, mis üldiselt sobiks iga stsenaariumiga.
Õrn kaar päikeseloojangul tagant vaadatuna, Arches National Park, Utah, USA. (Foto: Michael Atman) 
Double O Arch enne tormi Devil's Gardenis, Arches National Park, Utah, USA. (Foto: Michael Atman) 
Pravcicka Brana Arch - ikooniline näide liivakivide arhitektuurist Böömimaa Šveitsi rahvuspargis Tšehhis. (Foto: Vaclav Sojka) 
Õrn kaar, Arches National Park, Utah, USA. (Foto: Jaroslav Soukup) 
Koobaste sambad Venezuelas Charles Breweri koobastesüsteemi Cueva Colibris. (Foto: Libor Lanik) Tšehhi meeskond soovis teistsugust lähenemist. Böömimaa kriidiajastu basseinis Streleci karjääris välitöid tehes märkasid nad, et väikesed kaared ja sambad - maksimaalselt ainult umbes 2 jalga kõrged - moodustusid liivakivist vaid kuude või aastate jooksul, mitte aga tuhandeaastaste ajakavadega, mis olid seotud suure geoloogilise arhitektuuriga .
"Oli selge, et nende eest vastutavad protsessid toimisid karjääris praegu ja seega saab neid protsesse potentsiaalselt isoleerida ja selgitada, " ütleb Praha Karli ülikooli geoloog ja uuringu kaasautor Jiri Bruthans.
Miks mitte proovida laboris neid pinnavorme teha? Bruthans ja tema kolleegid vaatasid, kuidas liivakivi stressi all käitub. Nad lõikasid Streleci karjäärist liivakivi kuubikud, sukeldasid need vette ja rakendasid kuubi ülaosale vertikaalset jõudu, et simuleerida stressi, mida kivi liivaterad tunnevad nende kohal olevate kivide poolt.
Ilma vertikaalse pingeta lagunesid kuubikud järk-järgult üksikuteks teradeks. Seevastu suureneva vertikaalse koormuse korral raiskas kubu järk-järgult liivakellakujuliseks sambaks. Vaadake ise videot, mille autorid oma töö täiendamiseks on loonud:
Kriitiliselt ei sisalda Streleci liivakivi tsementeerivaid mineraale, mis aitavad liivaosakesi omavahel siduda. Selle asemel leidsid autorid, et liivakivile pandud stress põhjustab mineraalide kivimi blokeerimise ja hoidmise koos.
Tšehhi meeskond tuli välja sammaste moodustamise selgitamiseks mõeldud mehhanismiga ja numbriline modelleerimine kinnitas nende kahtlustusi. Põhimõtteliselt toimub koormus liivakiviplokis ebaühtlaselt, mõnel liivakiviteral on suurem kaal kui teistel. Vesi võib kergesti imbuda kivimi pooridesse - terade vahelisse ruumi - ja eraldada liivajäägid, kuid terad, mis kannavad suuremat koormust, on raskem eemale tõmmata.
Mõelge sellele nagu kuiv tellistest sein. "Müüri ülaosast on tellist lihtne välja tõmmata, aga altpoolt on tellist raske tõmmata, " ütleb Bruthans. Kuna vesi tõmbab liivaterad ära, kannab vähem ja vähem teri suuremat koormust ning teradevaheline pinge suureneb, sidudes need tihedamalt kokku ja muutes erosioonikindlamaks.
Mõni liivakivi sisaldab tsementeerivaid aineid. Nii võtsid teadlased proovi Tšehhi Vabariigist, Venezuelast ja USA-st pärit tsementeeritud liivakivist. Nende tsementeeritud kuubikute soola ja külmaga kokkupuutel tekkisid ka liivakella sambad, kui neid kaaluti, ja mahalaaditud kuubikud lagunesid neli korda kiiremini. Tsementeerivad materjalid lahustuvad erosiooniga ja seega mõjutavad tsementeeritud kuubikud samade pingejõududega, mida mängitakse mittekandvate kuubikute korral.
Ilmselt võib erosioon esineda ka erineval kujul. Nii jäljendasid teadlased laboris sademeid ja voolavat vett, et näha, kas sellel võib olla erinev mõju. Kõigil juhtudel olid koormatud kuubikud erosioonile vastupidavamad kui mahalaaditud kuubikud, mis näitas, et peamine tegur oli stress.
Teadlased lõid “kaarekujulise kiviakent”, sidudes liivakivi plastsilindriga ja lõigates kivisse kunstlikud “murrud”. Vees sukeldamine põhjustas kiire vormimise suhteliselt stabiilseks rõngakujuliseks. (Fotod: Michal Filppi) Lisaks sammastele proovisid teadlased laboris teha ka kaari ja alkode. Nad leidsid, et kivimi kuju sõltub liivakivi algselt paljastunud tüki geomeetriast. Väikeste kesksete horisontaalsete pragudega kuubikud tekitasid kaared. Osalised horisontaalsed jaotustükid kuubikuteks moodustasid alkovid. Ja näivad, et vertikaalsed praod aitavad luua vertikaalseid veerge või sambaid. Samuti võivad erinevad erosiooniprotsessid saada sama kuju, kui need algavad sarnaste kivimitega.
Vabalt seisev kaar loodi laboratooriumisse laaditud liivakiviploki osalise sukeldamisega, mille aluse lähedal oli väike ava. Aja jooksul läks ava laiemaks ja tungis liivakivi plokki, luues kaare. (Foto: Marek Janáč, Vesmir.cz) Arvestades seda, kutsuvad autorid üles nüansirikkamat selgitust selle kohta, kuidas kaared ja tugipostid liivakivis moodustuvad. „Me ei tohiks öelda, et vormid nikerdasid erosiooni või ilmastikuoluga, sest vormid andsid kuju stressiväljale. Erosiooniprotsessid on lihtsalt stressi kontrolli all olevad vahendid, ”selgitab Bruthans.
See, et selline lihtne mehhanism võib luua nii ilusaid struktuure, on vastuolus meie inimliku vaatega kunstile või arhitektuurile, mis on esteetiliselt meeldiv. "Täiuslike kujundite loomiseks ei vaja te luure ega kavandamist, " ütleb Bruthans. Tegelikult on looduse puhul vastupidine olukord. Kõige täiuslikumad asjad valmistatakse lihtsate mehhanismide abil. ”
