Přírodní oblouky a mosty, sloupy, klenby a další exotické pískovcové útvary fascinují svým mimořádným tvarem a naprosto nepochopitelnou stabilitou. Vždy byly zdrojem překvapení a zvědavosti pro mnoho generací vědců a obyčejní lidé si někdy vzali tyto sochy na „pozdravy“od starověkých civilizací nebo dokonce od mimozemšťanů. Obecně bylo jasné, že jejich hlavními architekty byli vítr, voda a slunce, ale donedávna zůstával důvod jejich netriviálních forem záhadou.
První solidní experimentální a teoretické studium mechanismů eroze, které jsou základem tvorby přírodních oblouků, provedli před třemi lety matematici z Univerzity Karlovy v Praze. Zjistili, že tvary vznikají z jedinečného procesu samoorganizace pískových zrn v pískovcových vrstvách. Vědci předpokládali, že přirozená eroze odstraňuje primárně nepříznivý materiál, což je z hlediska rozložení zátěže „neúčinné“. Důvod tohoto chování spočívá v zákoně suchého tření - čím silnější jsou částice materiálu stlačeny sousedními vrstvami materiálu, tím obtížnější je oddělit.
Vědci společnosti Skoltech byli fascinováni myšlenkou svých pražských kolegů a pokračovali ve studiu otázky mechanismů vzniku těchto struktur. Rozhodli se na fenomén eroze pohlížet jako na proces optimalizace tvaru (optimalizace tvaru je nyní široce používána v moderním průmyslu, kdy inženýři a architekti vylepšují tvar a strukturu konstrukcí, které staví, kde je zapotřebí jak pevnosti, tak nízké hmotnosti). A pak, aby otestovali svou myšlenku, vědci vytvořili matematický program popisující proces větrné eroze a s jeho pomocí postavili oblouk pomocí počítačového modelu pískovcové vrstvy. Model z pískovce sestával z mnoha téměř nesouvisejících kostek, které působí na sousedy určitou silou. Pokud tato síla překročí určitou hodnotu, pak vítr nemohl pohnout „krychlí“z jejího místa,jinak po určité době z nádrže zmizel, uvádí RIA Novosti.
Při experimentování s tímto modelem potvrdili ruští vědci myšlenku svých českých kolegů a odhalili několik fyzikálních principů, které vysvětlují, jak se rodí sloupy a oblouky. Ve své nejobecnější podobě ukázali, že vítr hraje roli jakéhosi „počítače“, který se snaží tvarovat pískovcovou vrstvu do takového tvaru, že se uvnitř ní hromadí minimální množství pružné deformační energie, která postupně a náhodně odstraňuje nejslabší prvky ze struktury.
Zpočátku tento proces probíhá rychle, ale po několika stech letech, kdy se tvar sloupu nebo oblouku již blíží ideálu, eroze prudce zpomaluje, protože téměř všechny „kostky“se k sobě začnou lpět velkou silou. Díky tomu mohou skutečné horské oblouky a sloupy existovat po miliony let v téměř neporušené podobě.
Takové závěry jsou důležité nejen pro inženýry a geology, ale také pro lidi, kteří hledají stopy mimozemského života. Nyní, jak zdůrazňují ruští matematici, takové struktury, které lze například v zásadě objevit na Marsu, nelze považovat za stopy mimozemských civilizací.