Ученые смоделировали природные каменные аркады

Исследователи из России и Чехии выполнили численное моделирование природных каменных аркад. Они использовали математическую модель, описывающую формирование последовательности арок в результате выветривания и их последующее превращение в скальные столбы без вмешательства человека, несмотря на поразительное сходство с архитектурными аркадами. Результаты исследования опубликованы в журнале Geomorphology.

Архитектурная аркада — это последовательность арок одинаковой формы и размера, опирающихся на столбы. Подобные структуры, являющиеся свидетельством эволюции горных пород под воздействием выветривания и эрозии, встречаются и в природе. Ученые из Центра дизайна, производственных технологий и материалов Сколтеха (CDMM) и Карлова университета (Чехия) смоделировали процессы, ведущие к их образованию. Исследование основано на ранее описанном механизме эрозии, при котором разрушение породы (песчаника, гранита, кварцита, туфа и др.) происходит в областях с низким напряжением.

Моделирование показало, что аркады появляются в областях с неоднородностями, такими как трещины или тонкие прослои более мягкой породы. «В неоднородной породе эрозия вызывает перераспределение напряжения, формируя регулярные зоны высокого давления. По мере продолжения эрозии вдоль поверхности породы появляются арки, а соседние зоны высокого давления соединяются, образуя аркаду», — поясняет доцент Сколтеха Александр Сафонов.

Исследование также показало, что по мере продвижения фронта эрозии вглубь породы внутри могут формироваться несколько рядов аркад. Уменьшение общего веса породы из-за эрозии снижает нагрузку на отдельные арки, что может привести к частичному разрушению аркад и их эволюции в колоннады. Модель описывает формирование песчаниковых аркад и столбов в Чехии (Чешский рай) и США (Национальный парк Арки), а также арок и колонн в прибрежных зонах.