Исследователи изучили сталагмиты в Постойнской пещере в Словении.(Изображение предоставлено: Я люблю фотографировать, и я думаю, что это действительно отличная возможность для меня поделиться ими/Getty Images)

 

Все сталагмиты подчиняются математическому правилу, обнаружили ученые после создания уравнений, показывающих, как драматические минеральные образования развиваются в различные формы.

 

Новые математические описания могут помочь ученым извлечь более точные данные о прошлых климатических условиях, отметили исследователи в исследовании, опубликованном 13 октября в журнале PNAS.

 

«Оказывается, что богатое разнообразие форм сталагмитов можно объяснить одним простым параметром», — сказал соавтор исследования Пётр Шимчак, физик из Варшавского университета. «Это редкий случай, когда красота, которую мы видим в природе, напрямую соответствует чистому математическому закону».

Сталагмиты могут вырастать до сотен футов в высоту из полов пещер и принимать самые разные формы — от острых, узких конусов до широких холмов с плоской вершиной. Они создаются, когда богатая минералами вода капает с потолка пещеры примерно на одно и то же место в течение тысяч лет, где она неуклонно откладывает кальцит в башне, растущей из пола пещеры.

 

В новом исследовании Шимчак и его коллеги разработали набор математических уравнений, которые описывают, как возникают все эти формы. Они обнаружили, что форма, которую в конечном итоге принимает сталагмит, контролируется скоростью, с которой вода капает с потолка пещеры на сталагмит, и тем, как быстро кальцит в этой воде остается позади. Они могут быть представлены одним значением, называемым числом Дамкёлера.

 

Быстро текущая вода, капающая с потолка пещеры, имеет тенденцию создавать заостренные конусообразные сталагмиты, в то время как вода, которая капает медленнее на одно и то же место, образует более толстые, похожие на колонны сталагмиты. Когда вода стекает с большой высоты или не капает точно в том же месте, могут образоваться широкие сталагмиты с плоскими вершинами.

 

Затем ученые проверили свои уравнения, сравнив ожидаемые формы сталагмитов в различных условиях с реальными сталагмитами, взятыми из Постойнской пещеры в Словении.

 

«Когда мы сравнили наши аналитические решения с реальными образцами пещер, совпадение было замечательным», — сказал соавтор исследования Матей Липар, физический географ из Исследовательского центра Словенской академии наук и искусств. «Это показывает, что даже в естественных, беспорядочных условиях лежащая в основе геометрия присутствует».

 

Ученые могли бы использовать эту геометрию для получения более точных данных о прошлом климате из формаций, пишут авторы в исследовании. Как и годичные кольца деревьев, сталагмиты растут слоями, записывая информацию об осадках и температуре с течением времени. Ученые используют соотношения различных форм или изотопов углерода в каждом слое для извлечения этой информации. Форма сталагмитов влияет на то, как эти слои откладываются, что, в свою очередь, может повлиять на то, как ученые интерпретируют условия, в которых они выросли.

 

«Сталагмиты являются естественными климатическими архивами, но теперь мы видим, что их геометрия оставляет свой собственный отпечаток на изотопной летописи», — сказал соавтор исследования Энтони Лэдд, инженер-химик из Университета Флориды. «Признание этого эффекта позволит нам извлечь более надежную информацию о прошлом климате».

Автор Скайлер Уэр — независимый научный журналист, освещающий вопросы химии, биологии, палеонтологии и наук о Земле. В 2023 году она была научным сотрудником AAAS по науке и технике в области массовых медиа в Science News. Ее работы также появлялись в Science News Explores, ZME Science и Chembites, среди прочих. Скайлер получила степень доктора философии по химии в Калифорнийском технологическом институте.

Источник