Ученые впервые математически описали форму сталагмитов

Исследователи из Варшавского университета, Университета Флориды и других научных учреждений впервые разработали полное математическое описание форм сталагмитов. Их работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, аналитически решает 60-летнюю математическую модель роста этих пещерных образований.

Сталактито-сталагмитовая пара из Пункевных пещер, Чехия. Автор: Пётр Шимчак

Ученые обнаружили, что разнообразие форм сталагмитов — от плосковершинных пьедесталов до классических колонн и заостренных конусов — определяется одним ключевым параметром: числом Дамкелера, которое представляет баланс между скоростью осаждения кальцита и потоком воды.

«Оказывается, богатое разнообразие форм сталагмитов можно объяснить одним простым параметром, — говорит ведущий автор Пётр Шимчак из Варшавского университета. — Это редкий случай, когда красота, которую мы видим в природе, напрямую соответствует чистому математическому закону».

Падающие капли смачивают небольшую круговую область, а не точку, поддерживая верхнюю часть ровной по мере осаждения карбоната кальция. Автор: Матей Липар

Для проверки теории ученые использовали рентгеновскую томографию сталагмитов из знаменитой Постойнской пещеры в Словении. Сравнение показало поразительное соответствие между предсказанными формами и реальными образцами.

«Когда мы сравнили наши аналитические решения с реальными пещерными образцами, совпадение было поразительным, — добавляет Матей Липар. — Это показывает, что даже в естественных, "неаккуратных" условиях основная геометрия присутствует».

Открытие имеет важное значение для климатологии, поскольку сталагмиты служат природными архивами, записывающими изменения климата в своих слоях. Новый модель показывает, что плосковершинные сталагмиты по-разному записывают изотопные сигналы по сравнению с колоннообразными или коническими, что позволит более точно интерпретировать палеоклиматические записи.

ИИ: Это прекрасный пример того, как математика помогает раскрыть скрытую простоту в кажущемся хаосе природы. Особенно впечатляет, что такая сложная геометрическая задача нашла элегантное аналитическое решение после 60 лет исследований.