כמה מהביצועים המבניים המהממים ביותר אינם בנויים על ידי אדריכלים או מפוסלים על ידי אמנים. מקניון ברייס להרי אבן החול Elbe של מרכז אירופה, קשתות אבן חול, גומחות ועמודים ברחבי העולם נראים דומים להפליא לאותם תכונות בארכיטקטורה מעשה ידי אדם. אז איך הטבע עושה זאת?
תוכן קשור
- מהן כל הדרכים שהארץ יכולה להיעלם מתחת לרגליים שלך?
מחקר שפורסם אתמול בכתב העת Nature Geosciences מעלה כי מחזור משוב של לחץ ושחיקה עשוי להיות מאחורי הפלאות הטבעיות הללו.
על פי צוות חוקרים מצ'כיה, הסחיקה מסלקת בהדרגה גרגרי חול, ומניחה את משקל הסלע על שאר הגרגירים וגורמת להם להתאחד יותר חזק. ככל שהדגנים יורדים מהסלע, המשקל נע לא אחיד, והדגנים באזורים הנושאים משקל רב יותר או לחץ כבידתי קשה יותר לשחוק - מה שמותיר אחריו את הקשתות, הגומחות והעמודים לתיירים אנושיים להתפעל מהם.
מדענים החלו לראשונה לתאר ולסווג את המאפיינים האדריכליים הטבעיים הללו לפני למעלה מ -150 שנה, אך אפילו התיאוריות של מדענים מודרניים לגבי אופן צורתם של קשתות ועמודי אבן חול שונות לא מעט. לדוגמה, חלק מהגיאולוגים מייחסים קשתות ברמת קולורדו לחיתוך בסיס הסלע, בעוד שאחרים חושבים ששברים בסלע ייצרו אותם.
באופן דומה, יש מדענים הטוענים כי זרם עמודים במערות מגולפות בשחיקה במערות בוונצואלה, בעוד שאחרים מצביעים על שחיקה ששטפה את הכל מלבד הגרגרים שהצטברו יחד לאחר שהושרו באצבעות הנוזל שחלחלו לסלעים הרכים. מרבית ההסברים מבוססים על תצפיות שדה ומחקרים על דגימות סלע תחת המיקרוסקופ, והתיאוריות משתנות ממקום אחד למשנהו. איש לא גילה מנגנון בסיסי שמתאים לרוב לכל תרחיש.
קשת עדינה, הסתכל מאחור עם השקיעה, הפארק הלאומי קשתות, יוטה, USA. (צילום: מייקל אטמן) 
קשת O כפולה לפני סערה בגן השטן, הפארק הלאומי קשתות, יוטה, ארה"ב. (צילום: מייקל אטמן) 
Pravcicka Brana Arch, דוגמה איקונית לאדריכלות מאבן חול בפארק הלאומי שוויץ בוהמי, צ'כיה. (צילום: Vaclav Sojka) 
קשת עדינה, הפארק הלאומי קשתות, יוטה, ארה"ב. (צילום: ירוסלב סוקופ) 
עמודי מערות בקויבה קוליברי של מערת המערות צ'רלס בוונצואלה. (צילום: ליבור לאניק) הקבוצה הצ'כית רצתה לנקוט בגישה אחרת. תוך כדי עבודות שדה במחצבת סטרלק באגן הקרטיקון בוהמי, הם הבחינו שקשתות ועמודים קטנים - בגובה של כ -2 מטרים בלבד - נוצרו מאבן החול במשך חודשים או שנים בלבד, ולא מאזני הזמן של האלפיים הקשורים לארכיטקטורה גיאולוגית גדולה. .
"היה ברור כי התהליכים האחראיים עליהם פועלים נכון לעכשיו במחצבה וכך ניתן לבודד ולהסביר את התהליכים, " אומר ג'ירי ברותאנס, גיאולוג מאוניברסיטת צ'ארלס בפראג וסופר משותף למחקר.
מדוע לא לנסות ליצור צורות אדמה אלה במעבדה? ברותאנס ועמיתיו התחילו בבחינת התבוננות כיצד אבן חול מתנהגת בלחץ. הם חתכו קוביות של אבן חול ממחצבת סטרלק, שקענו במים והפעילו כוח אנכי על ראש הקוביה כדי לדמות את הלחץ שמרגישים גרגרי חול באבן מהסלעים שמעליהם.
ללא לחץ אנכי, הקוביות התפרקו בהדרגה לדגנים בודדים. לעומת זאת, תחת לחץ אנכי הולך וגובר, הקוביה מתבזבזת בהדרגה ל עמוד בצורת שעון חול. ראה בעצמך בסרטון הווידיאו שיצרו המחברים כדי להוסיף את המאמר שלהם:
באופן קריטי, אבן החול מסטרלק אינה מכילה מינרלים מבטאים המסייעים לאגירת חלקיקי החול זה לזה. במקום זאת, המחברים מצאו כי הלחץ המוטל על אבן החול גורם למינרלים להשתלבות ולהחזיק את הסלע יחד.
הצוות הצ'כי גילה מנגנון להסביר את היווצרות העמוד והמודלים המספריים אישרו את חשדותיהם. בעיקרון העומס בתוך גוש אבן החול נישא בצורה לא אחידה, כאשר כמה גרגירי אבן חול נושאים משקל רב יותר מאחרים. מים יכולים בקלות לחלחל לנקבוביות הסלע - המרחב בין הגרגרים - ולשחוק חתיכות חול, אך קשה יותר לשלוף גרגרים הנושאים יותר מהעומס.
תחשוב על זה כמו קיר לבנים יבש. "קל לשלוף לבנים מהחלק העליון של הקיר אך קשה לשלוף לבנים מלמטה, שכן הוא טעון, " אומר ברות'נס. ככל שמים מוציאים גרגירי חול, פחות ופחות גרגרים נושאים יותר מהעומס, והמתחים בין הגרגירים גוברים, מחברים אותם חזק יותר זה לזה והופכים אותם עמידים יותר לשחיקה.
אבן חול מסוימת אכן מכילה חומרי מלט. אז החוקרים דגמו אבן חול מלטית מצ'כיה, ונצואלה וארצות הברית. חשיפת קוביות המלטות הללו למלחייה ולבלימת כפור יצרו גם עמודים של שעון חול כשמשקללים, וקוביות שלא נפרקו התפוררו ארבע פעמים מהר יותר. חומרי המלט מתמוססים משחיקה, וכך קוביות המלטות נתונות לאותם כוחות לחץ שנמצאים במשחק בקוביות לא מחוסמות.
ברור שהשחיקה יכולה לבוא גם בצורות שונות. אז החוקרים הדמו גשמים ומים זורמים במעבדה כדי לבדוק אם זה עשוי להשפיע אחרת. בכל המקרים, קוביות עמוסות היו עמידות יותר לשחיקה מאשר קוביות שלא נפרקו, והראו כי לחץ היה גורם המפתח.
החוקרים יצרו "חלון סלע דמוי קשת", על ידי קשירת אבן חול עם גליל פלסטיק וחיתוך "שברים" מלאכותיים לסלע. טבילה במים גרמה לעיצוב מהיר לצורת טבעת יציבה יחסית. (תמונות: מיכל פילפי) מעבר לעמודי התווך, החוקרים ניסו גם לייצר קשתות ואלקובים במעבדה. הם מצאו כי צורת הסלע תלויה בגיאומטריה של האבן החושף הראשונית של אבן חול. קוביות עם סדקים אופקיים קטנים ומרכזיים הניבו קשתות. חתכים אופקיים חלקיים לקוביות ייצרו אלקובים. נראה כי סדקים אנכיים עוזרים לייצור עמודים או עמודים אנכיים. כמו כן, תהליכי שחיקה שונים יכולים לייצר אותה צורה, אם הם מתחילים בסלעים דומים.
קשת בודדת נוצרה במעבדה על ידי טבילה חלקית של גוש אבן חול עמוסה עם פתח קטן בסמוך לבסיס. עם הזמן הפתח התרחב וחדר אל גוש אבן החול ויצר קשת. (צילום: Marek Janáč, Vesmir.cz) בהתחשב בכך, המחברים קוראים להסבר ניואנס יותר לאופן בו נוצרות קשתות ועמודים באבן חול. "אסור לומר שחיקה או בליה חצבו את הצורות, שכן שדה הלחץ הוא זה שמעניק לצורות את הצורה. תהליכי השחיקה הם רק כלים הנשלטים על ידי לחץ, "מסביר ברוטנס.
שמנגנון כה פשוט יכול ליצור מבנים כה יפים מנוגד להשקפתנו האנושית של מה שעוסק באמנות או בארכיטקטורה זה אסתטי. "כדי ליצור צורות מושלמות אתה לא צריך תבונה או תכנון", אומר ברות'נס. למעשה, "ההפך הוא הנכון לטבע. הדברים המושלמים ביותר נעשים על ידי מנגנונים פשוטים. "
