Οι σταλαγμίτες ακολουθούν έναν κοινό μαθηματικό κανόνα, όπως ανακάλυψαν επιστήμονες, αφού δημιούργησαν εξισώσεις που δείχνουν πώς εξελίσσονται και παίρνουν εντυπωσιακά διαφορετικά σχήματα.
Οι νέες μαθηματικές περιγραφές, θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να αντλήσουν ακριβέστερα στοιχεία για τις κλιματικές συνθήκες του παρελθόντος, αναφέρουν οι ερευνητές σε μελέτη που πρόκειται να δημοσιευτεί στο PNAS.
«Αποδεικνύεται ότι, η πλούσια ποικιλομορφία των σχημάτων των σταλαγμιτών εξηγείται βάσει μιας απλής παραμέτρου», αναφέρει ένας απ’ τους συγγραφείς της μελέτης, ο Piotr Szymczak, φυσικός στο πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας σε δήλωσή του. «Πρόκειται για μια σπάνια περίπτωση όπου η ομορφιά της φύσης ταιριάζει απόλυτα με έναν ξεκάθαρο μαθηματικό νόμο».
Οι σταλαγμίτες μπορούν να φτάσουν σε ύψος εκατοντάδων μέτρων από το έδαφος των σπηλαίων και να πάρουν πολλά διαφορετικά σχήματα – από αιχμηρούς, στενούς κώνους μέχρι πλατιά, επίπεδα εξογκώματα. Δημιουργούνται όταν νερό πλούσιο σε ορυκτά πέφτει από την οροφή ενός σπηλαίου στο ίδιο περίπου σημείο για χιλιάδες χρόνια, αφήνοντας σταδιακά αποθέσεις ασβεστίτη που σχηματίζουν έναν πύργο που αναπτύσσεται από το έδαφος του σπηλαίου.
Στην πρόσφατη μελέτη τους, ο Szymczak και η ομάδα του, ανέπτυξαν ένα σύνολο μαθηματικών εξισώσεων που περιγράφει πώς δημιουργούνται όλα αυτά τα σχήματα. Ανακάλυψαν ότι, το σχήμα που τελικά παίρνει ένας σταλαγμίτης, καθορίζεται από τον ρυθμό με τον οποίο το νερό στάζει από την οροφή του σπηλαίου πάνω στον σταλαγμίτη και από το πόσο γρήγορα εναποτίθεται ο ασβεστίτης που περιέχεται σε αυτό το νερό. Αυτό περιγράφεται από μια τιμή που ονομάζεται αριθμός Damköhler (Da).
Ο αριθμός Da και ο σχηματισμός των σταλαγμιτών
Όταν το νερό ρέει γρήγορα από την οροφή του σπηλαίου, δημιουργεί μυτερούς, κωνικούς σταλαγμίτες, ενώ όταν νερό πέφτει πιο αργά στο ίδιο σημείο, δημιουργεί πιο παχείς, στηλοειδείς σταλαγμίτες Όταν το νερό πέφτει από μεγάλο ύψος, ή αν δεν πέφτει ακριβώς στο ίδιο σημείο κάθε φορά, τότε σχηματίζονται πλατιοί σταλαγμίτες με επίπεδες κορυφές.
Οι επιστήμονες επαλήθευσαν τις εξισώσεις τους συγκρίνοντας τα προσδοκώμενα σχήματα των σταλαγμιτών υπό διαφορετικές συνθήκες με πραγματικούς σταλαγμίτες από το σπήλαιο Postojna στη Σλοβενία.
«Όταν συγκρίναμε τις αναλυτικές μας λύσεις με πραγματικά δείγματα σπηλαίων, η αντιστοίχιση ήταν αξιοσημείωτη», δηλωσε ένας απ’ τους συγγραφείς, ο Matej Lipar, φυσικός γεωγράφος στο ερευνητικό κέντρο της Ακαδημίας Επιστημών και Τεχνών της Σλοβενίας. «Μαρτυρά πως ακόμη και σε φυσικές, χαοτικές συνθήκες, επενεργεί η θεμελιακή γεωμετρία».
Οι επιστήμονες θα μπορούσαν ν’ αξιοποιήσουν τη γεωμετρία αυτή, προκειμένου ν’ αντλήσουν περισσότερα, ακριβή δεδομένα για το κλίμα του παρελθόντος απ’ τους σχηματισμούς, αναφέρουν στην μελέτη τους οι συγγραφείς.
Όπως και οι δακτύλιοι στους κορμούς των δέντρων, οι σταλαγμίτες αναπτύσσονται σε στρώματα, καταγράφοντας πληροφορίες για τις βροχοπτώσεις και τη θερμοκρασία στο πέρασμα του χρόνου. Οι επιστήμονες αξιοποιούν τις αναλογίες των διαφορετικών μορφών ή ισοτόπων του άνθρακα σε κάθε στρώμα για να αντλούν τις πληροφορίες αυτές.
Το σχήμα των σταλαγμιτών επηρεάζει την απόθεση αυτών των στρωμάτων, κάτι που με τη σειρά του διαμορφώνει την ερμηνεία των επιστημόνων για τις συνθήκες υπό τις οποίες έχουν αναπτυχθεί.
«Οι σταλαγμίτες είναι φυσικά αρχεία του κλίματος, αλλά τώρα βλέπουμε ότι η γεωμετρία τους αφήνει το δικό της αποτύπωμα στο ισοτοπικό αρχείο», επισημαίνει ένας από τους συγγραφείς, ο Anthony Ladd, χημικός μηχανικός στο πανεπιστήμιο της Φλόριντα σε δήλωσή του. «Η αναγνώριση του φαινομένου θα μας επιτρέψει να αντλήσουμε περισσότερες, αξιόπιστες πληροφορίες για το κλίμα του παρελθόντος».
