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侵蚀和重力影响之间的反馈机制形成砂岩艺术品

他们看起来好像是一位雕塑家从一块石头上凿出来的。但它的真正创造者是大自然:砂岩地层看起来像拱门,柱子甚至巨大的蘑菇,是许多国家公园的人群拉动者。不由自主地困惑每个观众,如何创造这些雕塑。答案现在由一个国际研究团队提供:侵蚀和重力影响之间的反馈机制形成砂岩艺术品。

犹他州拱门国家公园最大的天然石拱门系列。这里的侵蚀和天气确保奇异的结构不断变化,最终消失并重新出现。专家负责这个过程,包括霜,盐,水分和热量,它们作用于材料,部分去除它并以这种方式形成石头。然而,一些石拱门,如公园的地标,玲珑拱门,令人惊讶的稳定。他们看似在露天坚不可摧,无视对他们起作用的破坏性力量。哪些机制稳定了这些拱门的上部和其他景观形式的砂岩,科学家们无法最终得出结论。但现在由布拉格查尔斯大学的Jiri Bruthans领导的一个研究小组得出了一个解释。地球科学家的模型描述了在什么情况下,砂岩中出现的颗粒状沉积物表现得像坚固的致密岩石 - 并且能够抵抗进一步的腐烂。

负载至关重要

与地球上的所有其他物体一样,重力也作用在石头上。石头的重量垂直于它 - 这是石头结构的每个组成部分必须承担的负担。这样的力量呼叫专家垂直负载。但是,由于砂岩地层通常不是均匀建造的,因此并非每一粒砂都暴露在同一负荷下。一些谷物携带更多的负荷,少一些。凭借其在实验室实验Bruthans和他的同事们已经能够表明:如果被风或水的影响,风沙侵蚀进程暂停的立方体,从地层砂逐渐单个颗粒溶解出来 - 那些作用于没有这么大的负荷和因此压缩程度较低。

通过这样做,垂直载荷下的横截面积减小,使得剩余晶粒上的载荷变得更高。例如,在以这种方式形成的蘑菇形雕塑中,蘑菇形舱口的重量仅在窄柱上称重。因此,该塔中的砂粒被极度压缩。“当达到一定限度时,谷物被压缩得如此紧密,以至于粒状沉积物就像一块坚硬的岩石,”Bruthans周围的团队解释道。因此,剩余的承重柱可以抵抗进一步的侵蚀。因此,垂直载荷超过特定阈值的位置是受保护且稳定的。另一方面,在没有涉及这种高负荷的情况下,岩石迅速成为侵蚀的受害者。

通过他们的模型,研究人员可以解释天然存在的砂岩真菌以及拱形,壁龛和柱状结构的出现。“岩石中不同层次或裂缝等不规则性会影响垂直荷载的作用,”该团队写道。这些因素决定了哪种砂粒压力最大。他们是大自然的形成雕塑家,他们创造了令人印象深刻的砂岩形象。

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