Капля за каплей: появилость первое математическое описание форм сталагмитов
Глубоко в подземных пещерах капли воды, стекающие с потолков, формируют одно из наиболее известных природных явлений — сталагмиты. Кальцитовые образования варьируются от небольших выступов всего лишь несколько сантиметров до внушительных каменных колонн высотой в несколько метров. Они медленно растут снизу вверх благодаря регулярному отложению минеральных слоев каждой упавшей капли, пишет Phys.org.
Величественные структуры ценятся не только за свою красоту, но и за способность сохранять свидетельства древних климатических изменений в слоях своего нарастания, аналогично тому, как кольца деревьев хранят историю прошедших годов. Однако почему одна сталактитовая структура принимает вид изящного тонкого конуса, другая превращается в мощную колонну, а третья демонстрирует странные очертания с плоской верхушкой? Недавно ученые из Варшавского университета вместе с коллегами опубликовали новое исследование, представив первую полную математическую модель формирования сталагмитов. Они впервые смогли детально объяснить процесс роста идеальной формы сталагмита при постоянных условиях внутри пещеры.
Оказывается, форма сталагмита определяется исключительно одним параметром — числом Дамкелера, выражающим соотношение между скоростью осаждения кальцита и интенсивностью водного потока. Когда капельки концентрируются в одной точке, формируется цилиндрический столбик, тогда как рассеянное капание способствует образованию поверхности с плоской верхней частью. Если же интенсивность падения увеличивается или струя направлена прямо сверху, формируются острые конусообразные конструкции.
«Богатое разнообразие форм сталагмитов можно объяснить одним простым параметром. Это редкий случай, когда красота, которую мы видим в природе, напрямую соответствует фундаментальному математическому закону», — комментирует ведущий автор исследования Петр Шимчак из Варшавского университета.
Для проверки своей теории ученые применили метод рентгеновской томографии к сталагмитам из известной словенской пещеры Постойна. Проведение сканирования в медицинском центре Люблянского университета показало удивительное совпадение реальных структур с теоретическими расчетами. Полученная модель настолько точна, что способна учитывать даже незначительные нюансы, включая постепенный переход от плоской вершины к классической цилиндрической форме.
Ранее сталагмиты рассказали о причине краха цивилизации майя.
