ПОЯВИЛОСЬ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ФОРМ КАРСТОВЫХ НАТЁЧНОСТЕЙ.
Ученые озвучили новую теорию о процессах, формирующих сталагмиты в пещерах, которая может объяснить историческое разнообразие их структур.
Сталагмиты это минеральные образования в виде конусов/столбов, растущих с низу вверх навстречу сталактитам. Развитие описанных форм во встречном направлении порождает сталагнаты.
Кальцитовые образования варьируются от миллиметровых выступов до внушительных каменных колонн в десятки метров. Медленный рост обусловлен регулярному отложению минеральных слоев падающими каплями.
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 исследование, представив первую математическую модель формирования сталагмитов. Они впервые смогли детально объяснить процесс роста идеальной формы сталагмита при постоянных условиях внутри пещеры.
Капли воды увлажняют небольшую круглую область, а не точечно ограниченную зону, поддерживая верхний уровень воды, пока растворенный карбонат кальция не оседает, формируя новые слои.
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.
автор: Юлия Углова
hi-tech.mail.ru/news/13556...
От себя /РСС руководитель с/к КАРСТ/:
Осмелюсь предположить, что формирование гуровых ванночек (фото 1...4) обуславливается именно числом Дамкелера.
Уклон галереи, в которой начинает формироваться каскад ванночек, влияет на скорость течения водного потока. Минерализация воды одна из ключевых составляющих, влияющих на скорость отложения взвесей водного раствора, создающая новые формы наёчных образований.
Числовые значение этих факторов влияют на скорость осаждения кальцита, определяя, в какой именно точке пространства данной галереи начнёт формироваться очередная ступень/стенка каскада гуровых плотин.
Температура воды, температура коренной породы, завихрение водного потока (изменения размеров русла и контакта воды с поверхностью бортов и дна русла (уравнение Бернулли)), аэродинамические условия (температура и скорость движения воздуха) все эти микроклиматические факторы имеют значительно меньшее влияние на месторасположение и скорость формирования натёчных образований.
Однако, если это происходит на поверхности (фото 5), то к числу Дамкелера добавляется ещё один значимый фактор ультрафиолет.
