Skoltechi matemaatikud on paljastanud kõige ebatavalisemate looduslike struktuuride - graatsiliste sammaste, kaared ja muud mägedes sageli leiduvad arhitektuurielemendid - moodustamise saladuse ning avaldanud oma avastused ajakirjas Scientific Reports.
Maa välimus muutub peaaegu igal sekundil mandrite liikumise, kivimite ringluse selle sügavuses ja mitmesuguste erosioonivormide tõttu. Planeedi näo peamised “skulptorid” pole inimesed, vaid tuul, jõed, vihmad, liustikud ja muud jõud ja nähtused. Viimase paari sajandi jooksul on teadlased avastanud mitusada erosioonilist pinnavormi, mille moodustumisel on seotud kümneid erinevaid protsesse ja tegureid.
Neist kõige silmatorkavamad ja ebatavalisemad on liivakivist ja muudest pehmetest kivimitest tehtud hiiglaslikud kivikaared, sillad, sambad ja muud mägedes nähtavad keerulised ehitised. Nende kujunemise ajalugu oli inimkonna jaoks üks huvitavamaid saladusi ja paljud asjatundmatud inimesed eeldasid tõsiselt, et neid skulpteerivad iidsete tsivilisatsioonide esindajad või isegi kosmosest pärit "külalised".
Kolm aastat tagasi said Praha (Tšehhi Vabariik) Karli ülikooli matemaatikud teada, et nende "skulptoriks" oli tuul ja mitte tulnukad ega iidsed arhitektid. Nad leidsid, et need sambad ja kaared tulenevad tuule poolt erodeerunud liivakivikihtide ebaharilikust iseorganiseerumisest, mis põhjustab nende tihedamat kinnitumist üksteisele, kuna kaar või sammas on "sündinud".
Skoltechi teadlane Igor Ostanin ja tema kolleegid hakkasid oma Tšehhi kolleegide avastuse vastu huvi tundma, kui nad märkasid, et nende kirjeldatud nähtus sarnaneb väga sellega, kuidas kõige "edasijõudnumad" insenerid ja arhitektid optimeerivad tänapäeval inimese tekitatud sammaste, kaarte ja muude konstruktsioonide kuju ja struktuuri, kus nõutav on nii tugev kui ka väike kaal.
„Me ei saanud midagi märgata, et sarnaseid meetodeid optimaalsete struktuuride leidmiseks kasutatakse tänapäevases tööstuses laialdaselt. Need meetodid, evolutsiooniline struktuuri optimeerimine, põhinevad ebaefektiivse materjali järkjärgulisel eemaldamisel. Selle sarnasuse kõige silmatorkavam külg on see, et matemaatiline kriteerium, mille abil materjal optimeerimise käigus eemaldatakse, on peaaegu täpselt sama kriteerium, mis tuleneb erosiooniprotsessi füüsikast,”ütleb Skoltechi teadlane Igor Ostanin.
Selle oletuse põhjal koostasid Ostanin ja tema kolleegid tuuleerosiooni protsessi kirjeldavate matemaatiliste valemite komplekti ja proovisid selle abil kaare "ehitada", kasutades liivakivi moodustumise arvutimudelit.
See oli äärmiselt lihtne - liivakivi koosnes tegelikult paljudest peaaegu seosetutest kuubikutest, mis surusid naabreid kindla jõuga. Kui see jõud ületas teatud väärtuse, siis tuul ei suutnud seda "kuuti" oma kohalt teisaldada ja vastasel korral kadus see teatud aja möödudes kihist.
Reklaamvideo:
Selle mudeliga katsetades kinnitasid Vene teadlased oma Tšehhi kolleegide leide ja paljastasid mitmeid füüsikalisi põhimõtteid, mis selgitavad, kuidas need sambad ja kaared sünnivad. Kõige üldisemas vormis suutsid nad näidata, et tuul mängib omamoodi "arvuti" rolli, mis üritab liivakivikihi minimaalseks elastseks deformatsioonienergiaks kujundada, eemaldades väga järk-järgult ja tahtmatult konstruktsiooni kõige nõrgemad elemendid.
Esialgu kulgeb see protsess väga kiiresti, kuid mitmesaja aasta pärast, kui kolonni või kaare kuju läheneb juba ideaalile, aeglustub erosioon järsult, kuna peaaegu kõik "kuubikud" hakkavad suure jõuga üksteise külge klammerduma. Tänu sellele võivad tõelised mäestiku kaared ja sambad miljonite aastate jooksul eksisteerida peaaegu puutumata kujul.
Sellised järeldused, nagu Ostanin märgib, on olulised mitte ainult inseneride ja geoloogide jaoks, vaid ka inimeste jaoks, kes otsivad maavälise elu jälgi. Nüüd, nagu rõhutavad vene matemaatikud, ei saa selliseid struktuure, mida näiteks Marsil on võimalik avastada, põhimõtteliselt pidada maaväliste tsivilisatsioonide jälgedeks.
