6 godzin temu
Międzynarodowy zespół badaczy z Wydziału Fizyki UW, Uniwersytetu Florydzkiego i Instytutu Nauk o Ziemi w Orleanie odkrył, iż w kształtach pionowych kanałów w skałach wapiennych, zwanych świecami krasowymi, zachowuje się zapis historii klimatu na Ziemi. Wyniki badań opublikowane zostały w „Physical Review Letters”.
Jak wskazują badacze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Florydzkiego i Instytutu Nauk o Ziemi w Orleanie, woda kształtuje powierzchnię Ziemi poprzez powolną, ale nieustanną erozję. Rzeźbi w rozpuszczalnych skałach, takich jak wapień, skomplikowane formy, m.in. jaskinie, leje, ostańce.
Wyniki badań międzynarodowego zespołu, opublikowane w czasopiśmie „Physical Review Letters” pokazują, iż z czasem świece krasowe ewoluują w niezmienniczy kształt – idealną formę, która nie ulega zmianom podczas dalszego wzrostu, przechowując w ten sposób informacje o opadach atmosferycznych w czasach, kiedy świece powstawały.
Podczas eksperymentów mikrofluidycznych naukowcy odtworzyli proces powstawania świec w skali laboratoryjnej, obserwując wodę rzeźbiącą kanały w komórkach przepływowych pokrytych gipsem.
– Zauważyliśmy coś niezwykłego – mówi Stanisław Żukowski, realizujący doktorat na Wydziale Fizyki UW i Université Paris Cité, pierwszy autor pracy. – Choć początkowo rozpuszczanie miało chaotyczny przebieg, ostatecznie wyłoniło się tylko kilka wydłużających się kanałów, a każdy z nich przyjął stabilny, charakterystyczny kształt i wydłużał się, już go nie zmieniając. Dokładnie tak samo zachowują się świece krasowe w naturze – dodaje.
Wyprowadzenie matematycznego wzoru opisującego ten kształt było dla badaczy wyzwaniem.
– Uchwycenie niezmienniczej formy wymagało użycia zaawansowanych narzędzi matematycznych, łączących dynamikę płynów i transport reaktywny. To pozwoliło na modelowanie, jak wody opadowe infiltrują skały wapienne i kształtują świece krasowe. Teoria pokazuje, iż intensywne opady sprzyjają tworzeniu się wydłużonych rur, podczas gdy przy słabszych opadach powstające kanały są szersze i bardziej zaokrąglone. Kształt świec krasowych przechowuje zatem zapis dawnych warunków klimatycznych – wyjaśnia prof. Piotr Szymczak z Wydziału Fizyki UW, autor korespondencyjny publikacji.
Zrozumienie mechanizmów powstawania kanałów rozpuszczeniowych w skałach może pomóc w optymalizacji procesów podziemnego składowania CO₂ czy wydobycia ropy naftowej. Badacze podkreślają, iż wyłanianie się niezmienniczych kształtów świec krasowych jest także przykładem tego, jak proste prawa fizyki prowadzą do powstania złożonych form w przyrodzie — podobnie jak dzieje się to w przypadku płatków śniegu lub delt rzecznych.
