Počítačová simulace vysvětluje záhadné skalní obrazce viděné od České republiky až po Mars

V geologii jsou plástve zajímavým vzorem malých dutin, které se nacházejí na skalnatých površích nacházejících se v pobřežních oblastech, vlhkých oblastech, pouštích a dokonce i na povrchu Marsu. Jsou skvělé na pohled na přírodní objekty a zatraceně blízko historických budov a památek. Navzdory více než sto letům výzkumu si vědci stále nejsou jisti, jak včelí plástve vznikají.

Studujte v geologie Dva výzkumníci ze Skoltech popisují počítačovou simulaci zvětrávání hornin, která reprodukuje záhadný vzor prohlubní a hřebenů a identifikuje podmínky, které podporují – nebo brzdí – jejich tvorbu. Hlavním faktorem ve hře je odpařování slané vody.

„Voštinové struktury na skalních stěnách byly za posledních 100 let důkladně studovány, ale stále neexistuje jednoznačné pochopení toho, jak se tvoří,“ řekl hlavní autor studie, docent Alexander Safonov ze Skoltech Materials. „Řada hypotéz naznačuje větrnou a vodní erozi, tvorbu ledových a solných krystalů, prudké kolísání teplot a dokonce i houby při tvorbě plástů.“

„V této studii jsme přijali hypotézu odpařování slané vody, matematicky simulovali proces a identifikovali „zlatou zónu“, ve které dochází ke korozi plástve: není příliš suchá, ale ani příliš mokrá, “ pokračoval Safonov.

„Pokud jde o památkovou péči, naše zjištění mohou pomoci identifikovat konkrétní místa na historických budovách, sochách atd., která jsou náchylnější k erozi voštin, a také určit bezpečnější místa pro umístění těchto objektů. Odhad očekávané životnosti struktura je pravděpodobnost poslední.“

Je známo, že všechny různé typy zvětrávání jsou schopny poškodit horniny, ale až dosud žádný laboratorní experiment nebo matematický model nebyl schopen reprodukovat složitou síť dutin, které definují zvětrávání plástve. Ve své studii to vědci dokázali simulovat. Kromě toho simulace také vysvětluje charakteristickou hladkou skalní stěnu často viděnou pod zvětralou zónou a neovlivněnou zónu nad ní.

Simulace je 2D a předpokládá určité standardní podmínky vypařování, které byly popsány v předchozích výzkumech. Hluboko ve skále je obsah vlhkosti konstantní, bez ohledu na množství vody vypařující se ze skalní stěny. Intuice za tím je, že kameny mohou volně čerpat vodu z půdy. To odpovídá podmínkám například ve městě Apolliná skála v České republice, které je známé svými plástovými útvary.

Základní hodnota pro obsah vlhkosti ve vnitřních vrstvách hornin se ve skutečnosti liší v závislosti na tom, jak vysoko je konkrétní kus horniny nad zemským povrchem, protože voda musí překonat gravitaci, aby se dostala nahoru.

V simulaci se plástve tvoří, když je v hornině počáteční důlek a obsah vlhkosti v jádře spadne do určitého okna.

„Trik je v tom, že voda se na povrchu nutně nevypařuje,“ spoluautor studie a Skoltech Ph.D. Student Kirill Menčenkov vysvětlil. „Ve skutečnosti existují tři základní scénáře. Nahoře jsou skály velmi suché a voda se pod povrchem začíná vypařovat. Děje se to pomalu a těch pár krystalků soli, které se tvoří, se nachází hluboko uvnitř a jen zřídka způsobí nějaké škody.“ “

„Neexistuje žádná eroze. Pak je tu opačný případ: pokud jsou skály velmi vlhké, což by bylo blíže zemi nebo moři, dochází k odpařování venku, proces je intenzivní a zůstává za ním spousta soli. Ale tato sůl se ukládá přímo na povrch a nepoškozuje ani horniny, nakonec dochází k přechodnému stavu, kdy se voda vypařuje v mírné hloubce, sůl se ukládá trochu pod povrch – to je klíčové – a tak se odlamují drobné kusy skály.“

Mechanismus tvorby plástů lze vidět z hlediska interakce mezi těmito scénáři. Skalní stěna jako celek může zapadnout do zóny Zlatovlásky – scénář tři – a být tak zranitelná vůči erozi. Ale všechny hrboly, které se zpočátku vyskytují na skále, budou postupně zesíleny, protože spadají do prvního scénáře („příliš suché“).

Pod nimi dochází k odpařování ve větší hloubce než na povrchu a způsobuje menší erozi, takže výchozy přetrvávají, zatímco okolní hornina je erodována. Podobný způsob myšlení vysvětluje, jak v případě velmi vlhkých hornin dochází k erozi pouze samotných výchozů, což má za následek velmi hladkou skalní stěnu, kterou lze často vidět na místech pod přírodními plástovými útvary, poněkud blíže hladině moře.