Badanie fizyków z UW: kropla drąży skałę, zapisując w niej historię klimatu

Badania naukowców z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Florydzkiego i Instytutu Nauk o Ziemi w Orleanie – opublikowane w czasopiśmie "Physical Review Letters" - pokazują, że z czasem świece te 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 – czytamy w przesłanej przez Wydział Fizyki UW informacji prasowej.

Jak podano, w eksperymentach mikrofluidycznych, naukowcy odtworzyli proces powstawania świec w skali laboratoryjnej, obserwując wodę rzeźbiącą kanały w komórkach przepływowych pokrytych gipsem. To zaciekawiło badaczy.

"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" – mówił pierwszy autor pracy mgr Stanisław Żukowski, realizujący doktorat na Wydziale Fizyki UW i Université Paris Cité.

Wyprowadzenie matematycznego wzoru opisującego ten kształt było dla badaczy dużym 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" – tłumaczył prof. dr hab. Piotr Szymczak z Wydziału Fizyki UW, autor korespondencyjny publikacji.

"Teoria pokazuje, że 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" - wskazali badacze.

Jak podkreślają autorzy publikacji, zrozumienie mechanizmów powstawania kanałów rozpuszczeniowych w skałach ma również znaczenie praktyczne – może pomóc w optymalizacji procesów podziemnego składowania CO₂ czy wydobycia ropy naftowej.

"Wyłanianie się niezmienniczych kształtów świec krasowych to także piękny przykład, jak proste prawa fizyki prowadzą do powstania złożonych form w przyrodzie - podobnie jak dzieje się to w przypadku płatków śniegu, delt rzecznych czy struktur krystalicznych. To krok w stronę rozszyfrowania ukrytego planu natury - kropla po kropli" - czytamy w informacji.