Archi e ponti naturali, colonne, volte e altre formazioni di arenaria esotica affascinano per la loro forma straordinaria e la stabilità assolutamente incomprensibile. Sono sempre state fonte di sorpresa e curiosità per molte generazioni di scienziati, e la gente comune a volte ha preso queste statue per "saluti" da antiche civiltà o addirittura alieni. In generale, era chiaro che i loro principali artefici erano il vento, l'acqua e il sole, ma fino a poco tempo il motivo delle loro forme non banali rimaneva un mistero.
Il primo solido studio sperimentale e teorico dei meccanismi di erosione che sono alla base della formazione degli archi naturali è stato condotto tre anni fa dai matematici dell'Università Carlo di Praga. Hanno scoperto che le forme derivano da un processo unico di auto-organizzazione dei granelli di sabbia all'interno degli strati di arenaria. Gli scienziati hanno ipotizzato che l'erosione naturale rimuova principalmente materiale non sollecitato, che è "inefficace" in termini di distribuzione del carico. La ragione di questo comportamento risiede nella legge dell'attrito a secco: più forti sono le particelle di materiale compresse da strati di materiale adiacenti, più difficile è separarle.
I ricercatori di Skoltech erano affascinati dall'idea dei loro colleghi di Praga e hanno continuato a studiare la questione dei meccanismi di formazione di tali strutture. Hanno deciso di considerare il fenomeno dell'erosione come un processo di ottimizzazione della forma (l'ottimizzazione della forma è ora ampiamente utilizzata nell'industria moderna, quando ingegneri e architetti migliorano la forma e la struttura delle strutture che erigono, dove sono necessari sia resistenza che peso ridotto allo stesso tempo). Quindi, per testare la loro idea, gli scienziati hanno creato un programma matematico che descrive il processo di erosione eolica e con il suo aiuto hanno costruito un arco utilizzando un modello computerizzato di uno strato di arenaria. Il modello in arenaria consisteva in molti cubi quasi indipendenti, che agivano sui vicini con una certa forza. Se questa forza superava un certo valore, il vento non poteva spostare il "cubo" dal suo posto,in caso contrario, è scomparso dal serbatoio dopo un certo periodo di tempo, riferisce RIA Novosti.
Sperimentando con questo modello, gli scienziati russi hanno confermato l'idea dei loro colleghi cechi e hanno rivelato diversi principi fisici che spiegano come nascono colonne e archi. Nella loro forma più generale, hanno dimostrato che il vento svolge il ruolo di una sorta di "computer" cercando di modellare lo strato di arenaria in una forma tale che una minima quantità di energia di deformazione elastica si accumuli al suo interno, rimuovendo gradualmente e accidentalmente gli elementi più deboli dalla struttura.
Inizialmente, questo processo procede rapidamente, ma dopo diverse centinaia di anni, quando la forma di una colonna o di un arco si sta già avvicinando all'ideale, l'erosione rallenta bruscamente, poiché quasi tutti i "cubi" iniziano ad aderire l'uno all'altro con grande forza. Grazie a ciò, veri archi e colonne di montagna possono esistere per milioni di anni in una forma quasi intatta.
Tali conclusioni sono importanti non solo per ingegneri e geologi, ma anche per chi cerca tracce di vita extraterrestre. Ora, come sottolineano i matematici russi, tali strutture, che, ad esempio, possono essere scoperte su Marte, in linea di principio non possono essere considerate tracce di civiltà extraterrestri.
