Os matemáticos da Skoltech revelaram o segredo da formação das estruturas naturais mais incomuns - colunas graciosas, arcos e outros elementos arquitetônicos que muitas vezes podem ser encontrados nas montanhas, e publicaram suas descobertas na Scientific Reports.
A aparência da Terra muda quase a cada segundo devido ao movimento dos continentes, à circulação das rochas em suas profundezas e às diversas formas de erosão. Os principais “escultores” da face do planeta não são as pessoas, mas o vento, os rios, as chuvas, as geleiras e outras forças e fenômenos. Ao longo dos últimos séculos, os cientistas descobriram várias centenas de formas de relevo erosivas, na formação das quais dezenas de diferentes processos e fatores estão envolvidos.
O mais impressionante e incomum deles são os arcos de pedra gigantes, pontes, colunas e outras estruturas complexas que podem ser vistas nas montanhas, feitas de arenito e outras rochas macias. A história de sua formação foi um dos mistérios mais interessantes para a humanidade, e muitos ignorantes presumiram seriamente que eles foram esculpidos por representantes de civilizações antigas ou mesmo "convidados" do espaço.
Três anos atrás, matemáticos da Universidade Charles em Praga (República Tcheca) descobriram que seu "escultor" era o vento, e não alienígenas ou arquitetos antigos. Eles descobriram que essas colunas e arcos resultam de um processo incomum de auto-organização de grãos de areia dentro de estratos de arenito que são erodidos pelo vento, que faz com que eles se agarrem mais firmemente quando o arco ou coluna "nasce".
Igor Ostanin, um pesquisador da Skoltech, e seus colegas ficaram interessados na descoberta de colegas tchecos quando notaram que o fenômeno que eles descreveram é muito semelhante a como os mais "avançados" engenheiros e arquitetos de hoje otimizam a forma e a estrutura de colunas artificiais, arcos e outras estruturas, onde são necessários alta resistência e baixo peso.
“Não pudemos deixar de notar que métodos semelhantes para encontrar as formas ideais de estruturas são amplamente usados na indústria moderna. Esses métodos, otimização estrutural evolutiva, baseiam-se na remoção gradual de material ineficaz. O aspecto mais marcante dessa semelhança é que o critério matemático pelo qual o material é removido durante a otimização é quase exatamente o mesmo que o critério que segue da física do processo de erosão”, diz Igor Ostanin, pesquisador da Skoltech.
Guiados por essa suposição, Ostanin e seus colegas criaram um conjunto de fórmulas matemáticas que descrevem o processo de erosão do vento e tentaram "construir" um arco usando-o usando um modelo de computador da formação de arenito.
Era extremamente simples - o arenito, na verdade, consistia em muitos cubos quase não relacionados que pressionavam os vizinhos com certa força. Se essa força ultrapassasse um determinado valor, o vento não poderia mover este "cubo" de seu lugar, caso contrário, ele desapareceria da camada após um certo período de tempo.
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Fazendo experiências com este modelo, os cientistas russos confirmaram as descobertas de seus colegas tchecos e revelaram vários princípios físicos que explicam como essas colunas e arcos nascem. Em sua forma mais geral, eles conseguiram mostrar que o vento desempenha o papel de uma espécie de "computador" que tenta moldar a camada de arenito em uma quantidade mínima de energia de deformação elástica, removendo de forma gradual e acidental os elementos mais fracos da estrutura.
Inicialmente, esse processo ocorre muito rapidamente, mas depois de várias centenas de anos, quando a forma de uma coluna ou arco já se aproxima do ideal, a erosão diminui drasticamente, pois quase todos os "cubos" começam a se agarrar com grande força. Graças a isso, colunas e arcos de montanha reais podem existir por milhões de anos em uma forma quase intacta.
Essas conclusões, como observa Ostanin, são importantes não apenas para engenheiros e geólogos, mas também para pessoas que procuram vestígios de vida extraterrestre. Agora, como os matemáticos russos enfatizam, tais estruturas, que, por exemplo, podem ser descobertas em Marte, em princípio, não podem ser consideradas vestígios de civilizações extraterrestres.
