Natuurlijke bogen en bruggen, zuilen, gewelven en andere exotische zandsteenformaties fascineren door hun buitengewone vorm en absoluut onbegrijpelijke stabiliteit. Ze zijn altijd een bron van verrassing en nieuwsgierigheid geweest voor vele generaties wetenschappers, en gewone mensen namen deze beelden soms aan als "groeten" van oude beschavingen of zelfs buitenaardse wezens. Over het algemeen was het duidelijk dat hun belangrijkste architecten wind, water en zon waren, maar tot voor kort bleef de reden voor hun niet-triviale vormen een mysterie.
De eerste solide experimentele en theoretische studie van de mechanismen van erosie die ten grondslag liggen aan de vorming van natuurlijke bogen, werd drie jaar geleden uitgevoerd door wiskundigen van de Karelsuniversiteit in Praag. Ze ontdekten dat vormen voortkomen uit een uniek proces van zelforganisatie van zandkorrels in zandsteenlagen. Wetenschappers stelden de hypothese dat natuurlijke erosie voornamelijk niet-gespannen materiaal verwijdert, wat "ineffectief" is in termen van belastingverdeling. De reden voor dit gedrag ligt in de wet van droge wrijving: hoe sterker de materiaaldeeltjes worden samengedrukt door aangrenzende materiaallagen, hoe moeilijker het is om ze te scheiden.
Skoltech-onderzoekers waren gefascineerd door het idee van hun Praagse collega's en ze bleven de kwestie van de mechanismen van de vorming van dergelijke structuren bestuderen. Ze besloten het fenomeen erosie te zien als een proces van vormoptimalisatie (vormoptimalisatie wordt nu veel gebruikt in de moderne industrie, wanneer ingenieurs en architecten de vorm en structuur verbeteren van constructies die ze bouwen, waar zowel sterkte als een laag gewicht nodig zijn). En toen, om hun idee te testen, creëerden de wetenschappers een wiskundig programma dat het proces van winderosie beschrijft, en met zijn hulp bouwden ze een boog met behulp van een computermodel van de zandsteenlaag. Het zandstenen model bestond uit veel bijna niet-verwante kubussen die met een bepaalde kracht op buren inwerkten. Als deze kracht een bepaalde waarde overschreed, kon de wind de 'kubus' niet van zijn plaats verplaatsen,anders verdween het na een bepaalde tijd uit het reservoir, meldt RIA Novosti.
Door met dit model te experimenteren, bevestigden Russische wetenschappers het idee van hun Tsjechische collega's en onthulden verschillende fysische principes die verklaren hoe kolommen en bogen worden geboren. In de meest algemene vorm toonden ze aan dat de wind de rol speelt van een soort 'computer' die probeert de zandsteenlaag zo vorm te geven dat er een minimale hoeveelheid elastische vervormingsenergie in ophoopt, waarbij geleidelijk en per ongeluk de zwakste elementen uit de constructie worden verwijderd.
Aanvankelijk verloopt dit proces snel, maar na enkele honderden jaren, wanneer de vorm van een kolom of boog het ideaal al nadert, vertraagt de erosie sterk, aangezien bijna alle "kubussen" met grote kracht aan elkaar beginnen te kleven. Hierdoor kunnen echte bergbogen en -zuilen miljoenen jaren in een bijna ongerepte vorm bestaan.
Dergelijke conclusies zijn niet alleen belangrijk voor ingenieurs en geologen, maar ook voor mensen die op zoek zijn naar sporen van buitenaards leven. Zoals Russische wiskundigen benadrukken, kunnen dergelijke structuren, die bijvoorbeeld op Mars ontdekt kunnen worden, in principe niet worden beschouwd als sporen van buitenaardse beschavingen.
