|
Загадочные узоры марсианских камней
|
|
|
|
В геологии соты представляют собой интригующую структуру небольших полостей на поверхности камней, встречающуюся в прибрежных регионах, влажных районах, пустынях и даже на Марсе. На них интересно смотреть среди природных объектов и множества исторических зданий и памятников. Несмотря на сто лет исследований, ученые до сих пор не знают, как возникают соты. Исследование двух исследователей Сколтеха, опубликованное в журнале Geosciences, описывает компьютерное моделирование выветривания горных пород, которое воспроизводит загадочную структуру впадин и хребтов и определяет условия, которые способствуют (или препятствуют) его образованию. Главным действующим фактором является испарение соленой воды. «Сотовые структуры на скалах внимательно изучались на протяжении последних ста лет, но до сих пор нет окончательного понимания того, как они формируются», — сказал ведущий автор исследования, доцент Александр Сафонов из Сколтеха «Материалы». «Ряд гипотез предполагает ветровую и водную эрозию, образование кристаллов льда и соли, резкие колебания температуры и даже грибы в формировании сот».
|
|
|
|
«В этом исследовании мы принимаем гипотезу испарения соленой воды, математически моделируем этот процесс и определяем «зону Златовласки», в которой происходит эрозия сот: не слишком сухую, но и не слишком влажную», — продолжил Сафонов. «Что касается сохранения памятников, наши результаты могут помочь определить конкретные места на исторических зданиях, статуях и т. д., которые наиболее уязвимы для сотовой эрозии, а также определить более безопасные места для размещения этих объектов. Оценка срока службы проектируемой конструкции это еще одна возможность». Известно, что различные типы выветривания способны повредить горные породы, но до сих пор ни один лабораторный эксперимент или математическая модель не смогли воспроизвести сложную сеть полостей, которая определяет сотовое выветривание. В своем исследовании исследователям удалось смоделировать именно это. Более того, моделирование даже объясняет характерную гладкую поверхность скалы, которую часто можно увидеть под выветрившейся областью и незатронутой областью над ней.
|
|
|
Моделирование является двумерным и предполагает определенные стандартные условия испарения, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях. Глубоко внутри породы содержание влаги считается постоянным, независимо от того, сколько воды испаряется с поверхности скалы. Интуиция заключается в том, что камень может свободно вытягивать воду из почвы. Это соответствует условиям, например, в скальном городе Аполена в Чехии, известном своими сотовыми образованиями. Базовое значение содержания влаги в самых внутренних слоях породы на самом деле варьируется в зависимости от того, насколько высоко над землей находится конкретный кусок породы, поскольку воде приходится преодолевать силу тяжести, чтобы подняться вверх. В моделировании соты образуются, когда в породе есть начальная вмятина и базовое содержание влаги попадает в определенное окно.
|
|
|
|
«Фокус в том, что вода не обязательно испаряется на поверхности», — говорит соавтор исследования, доктор философии Сколтеха. пояснил студент Кирилл Минченков. «На самом деле, есть три основных сценария. Выше порода слишком сухая, и вода начинает испаряться значительно ниже поверхности. Это происходит медленно, и несколько образующихся кристаллов соли находятся глубоко внутри и почти не причиняют никакого вреда». «Нет эрозии. Но есть и противоположный случай: если скала слишком влажная, что будет иметь место ближе к земле или к морю, испарение происходит снаружи, процесс интенсивный, и после себя остается много соли. Но эта соль откладывается прямо на поверхности и не повреждает породу.Наконец, существует промежуточный случай, когда вода испаряется на умеренной глубине, откладывая соль чуть ниже поверхности (это очень важно) и тем самым откалывая небольшие куски породы. "
|
|
|
|
Механизм формирования сот можно рассматривать с точки зрения взаимодействия этих сценариев. Поверхность скалы в целом может вписаться в зону Златовласки (третий сценарий) и, таким образом, быть подвержена эрозии. Но любые изначально присутствующие выступы на скале постепенно будут преувеличены, поскольку попадают в первый сценарий («слишком сухо»). Под ними испарение происходит на большей глубине от поверхности и вызывает меньшую эрозию, поэтому выступы сохраняются, в то время как окружающая порода разъедается. Подобная линия рассуждений объясняет, как в случае очень влажной породы эрозии подвергаются только сами выступы, в результате чего получается очень гладкая поверхность скалы, которую часто можно увидеть на участках ниже естественных сотовых образований, несколько ближе к уровню моря.
|
|
|
|
Источник
|
