«Спросить, как появились эти природные скульптуры, — это больше, чем просто любопытство, потому что в их формах заключены ключи к истории окружающей среды», — объясняет Лейф Ристроф, доцент Института Куранта Нью-Йоркского университета и старший автор статьи. который публикуется в журнале Physical Review Fluids. «В наших лабораторных экспериментах мы обнаружили, что некоторые формы сохраняют« память »о своих исходных условиях по мере развития, в то время как другие полностью« забывают »прошлое и принимают новые формы».Авторы статьи, в число которых также входили Меган Дэвис Уайкс, бывший научный сотрудник Института Куранта, а в настоящее время научный сотрудник Кембриджского университета, Джинзи Хуанг, докторант математики, и Джордж Хаджар, студент Нью-Йоркского университета, отмечают, что это понимание жизненно важен для геологического датирования и понимания того, как формируются ландшафты.
«Память» формы и ее «потеря» — или сохранение или отход от более ранних образований — являются ключевыми проблемами в геоморфологии, области исследования, которая пытается объяснить формы рельефа и развивающийся облик Земли и других небесных поверхностей. Морфология, или форма ландшафта, является первым и наиболее прямым ключом к его истории и служит научным окном для ряда вопросов, таких как вывод о проточной воде на Марсе в прошлом, а также о современных каналах эрозии. и речные острова.«Ответ на вопрос« Что в форме? » зависит от этого свойства памяти », — объясняет Ристроф, руководящий лабораторией прикладной математики Нью-Йоркского университета, где проводилось исследование.Чтобы пролить свет на эти явления, Ристроф и его коллеги воспроизвели растворимые минералы природы, такие как известняк, с готовым заменителем: леденцами.
В частности, они стремились понять, как леденцы растворяются и принимают различные формы при помещении в воду.Чтобы имитировать различные условия окружающей среды, они отливали леденцу в различные исходные формы, что приводило к различным условиям потока по мере растворения поверхности. Их результаты показали, что когда леденец наиболее сильно растворялся с нижней поверхности, он, как правило, сохранял свою общую форму, отражая почти идеальную память.
Напротив, при растворении с верхней поверхности леденец имел тенденцию стирать или «забывать» любую заданную исходную форму и образовывать структуру с шипами, направленными вверх.Ключевое отличие, как обнаружила команда, — это тип потока воды, который «облизывает» и меняет форму конфеты.
Турбулентные потоки на нижней стороне имеют тенденцию растворять леденец с одинаковой скоростью и, таким образом, сохранять форму. Однако плавный поток на верхней поверхности переносит растворенный материал из одного места в другое, что изменяет скорость растворения и приводит к изменению формы.
«Конфеты в воде могут показаться далекими от геологии, но на самом деле есть целые пейзажи, вырезанные из минералов, растворяющихся в воде, их формы раскрываются позже, когда уровень грунтовых вод отступает», — добавляет он. «Так рождаются пещеры, воронки, каменные столбы и другие виды скалистой местности».