Естествените арки и мостове, колони, сводове и други екзотични образувания от пясъчник очароват със своята необикновена форма и абсолютно неразбираема стабилност. Те винаги са били източник на изненада и любопитство за много поколения учени и обикновените хора понякога са приемали тези статуи за „поздрави“от древни цивилизации или дори извънземни. Като цяло беше ясно, че основните им архитекти са вятър, вода и слънце, но доскоро причината за нетривиалните им форми оставаше загадка.
Първото солидно експериментално и теоретично изследване на механизмите на ерозия, които са в основата на образуването на естествени арки, е извършено преди три години от математици от Карловия университет в Прага. Те открили, че формите възникват от уникалната самоорганизация на пясъчните зърна в пластовете от пясъчник. Учените предположиха, че естествената ерозия премахва предимно ненапрегнатия материал, който е „неефективен“по отношение на разпределението на товара. Причината за това поведение се крие в закона за сухото триене - колкото по-силни са частиците на материала, компресирани от съседни слоеве материал, толкова по-трудно е да ги отделите.
Изследователите на Skoltech са очаровани от идеята на своите колеги от Прага и те продължават да изучават въпроса за механизмите на формиране на такива структури. Те решиха да разгледат явлението ерозия като процес на оптимизиране на формата (оптимизацията на формата сега се използва широко в съвременната индустрия, когато инженерите и архитектите подобряват формата и структурата на конструкциите, които издигат, където са необходими както здравина, така и леко тегло). И тогава, за да проверят идеята си, учените създадоха математическа програма, описваща процеса на вятърна ерозия и с нейна помощ изградиха арка, използвайки компютърен модел на пясъчник. Моделът от пясъчник се състоеше от много почти несвързани кубчета, въздействащи на съседи с определена сила. Ако тази сила надвиши определена стойност, тогава вятърът не може да измести "куба" от мястото си,в противен случай той изчезна от резервоара след определен период от време, съобщава РИА Новости.
Експериментирайки с този модел, руски учени потвърдиха идеята на своите чешки колеги и разкриха няколко физически принципа, които обясняват как се раждат колони и арки. В най-общия си вид те показаха, че вятърът играе ролята на своеобразен „компютър“, който се опитва да оформи пясъчника в такава форма, че вътре в него се натрупва минималното количество еластична деформационна енергия, като постепенно и случайно премахва най-слабите елементи от конструкцията.
Първоначално този процес протича бързо, но след няколкостотин години, когато формата на колона или арка вече се приближава до идеала, ерозията се забавя рязко, тъй като почти всички "кубчета" започват да се придържат един към друг с голяма сила. Благодарение на това истински планински арки и колони могат да съществуват милиони години в почти недокоснат вид.
Подобни изводи са важни не само за инженерите и геолозите, но и за хората, които търсят следи от извънземен живот. Сега, както подчертават руските математици, такива структури, които например могат да бъдат открити на Марс, по принцип не могат да се считат за следи от извънземни цивилизации.