Matematyka w jaskini, czyli wzór na stalagmity

Stalagmity to jedne z najbardziej znanych i najczęściej spotykanych form krasowych. Są to narośla wapienne w kształcie słupów i kolumn wyrastające z dna jaskiń. Mogą mieć rozmiary od kilkunastu centymetrów do kilkudziesięciu metrów, jeśli przyroda dostała odpowiednio dużo czasu na ich uformowanie.

Kras, przypomnijmy, to jeden z rodzajów wietrzenia chemicznego niektórych skał, przede wszystkim wapieni i dolomitów (ale też gipsów i soli). Są one rozrzedzane przez krążące w nich wody, w których znajduje się dwutlenek węgla. Ten najpierw przeobraża się w kwas węglowy, a następnie wchodzi w reakcję z węglanem wapnia, który jest głównym budulcem wapieni. W efekcie powstaje kwaśny węglan wapnia, który doskonale rozpuszcza się w wodzie. W ten sposób może ona wypłukiwać skałę, tworząc na powierzchni terenu leje, studnie i kominy krasowe, a we wnętrzu skał – jaskinie z całą masą drobniejszych form krasowych, ze stalaktytami i stalagmitami na czele (te pierwsze zwisają ze stropu jaskini, te drugie w efekcie działania kropel wody sączących się z powały jaskini).

Odpowiedzi na pytanie, w jaki dokładnie sposób powstają stalagmity i dlaczego różnią się między sobą kształtem, szukali wspólnie naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego, University of Florida i Slovenska akademija znanosti in umetnosti w Lublanie. Za punkt wyjścia do szczegółowych analiz posłużyły obrazy stalagmitów ze słynnej słoweńskiej jaskini Postojna wykonane z wykorzystaniem tomografii rentgenowskiej. Pozwala ona na bardzo dokładne poznanie wewnętrznej struktury badanego obiektu.

Tym badaczom posłużyły one do zweryfikowania matematycznej teorii opisującej kształt formującego się stalagmitu, przy założeniu, że podczas jego narastania warunki w jaskini pozostają niezmienne. Okazało się, że proces ten można opisać przy pomocy jednego parametru zwanego liczbą Damköhlera określającą proporcję pomiędzy tempem wytrącania się węglanu wapnia z kapiącej wody a tempem jej dopływu. Jedna prosta matematyczna formuła decyduje o tym, czy stalagmit przybierze postać masywnej kolumny, spiczastego stożka, czy też walca z płaskim zwieńczeniem – stwierdzili autorzy badań. Ich wyniki mogą mieć znaczenie przy interpretowaniu danych paleoklimatycznych – stalagmity są ważnymi naturalnymi archiwami informacji o dawnym klimacie.

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.