Naturlige buer og broer, søjler, hvælvinger og andre eksotiske sandstenformationer fascinerer med deres ekstraordinære form og absolut uforståelige stabilitet. De har altid været en kilde til overraskelse og nysgerrighed for mange generationer af forskere, og almindelige mennesker tog undertiden disse statuer til "hilsner" fra gamle civilisationer eller endda udlændinge. Generelt var det klart, at deres vigtigste arkitekter var vind, vand og sol, men indtil for nylig forblev årsagen til deres ikke-trivielle former et mysterium.
Den første solide eksperimentelle og teoretiske undersøgelse af erosionsmekanismerne, der ligger til grund for dannelsen af naturlige buer, blev udført for tre år siden af matematikere fra Charles University i Prag. De fandt ud af, at former stammer fra en unik proces med selvorganisering af sandkorn inden for sandstenslag. Forskere antog, at naturlig erosion primært fjerner ubelastet materiale, hvilket er "ineffektivt" med hensyn til belastningsfordeling. Årsagen til denne adfærd ligger i loven om tør friktion - jo stærkere materialepartiklerne komprimeres af tilstødende lag af materiale, jo vanskeligere er det at adskille dem.
Skoltech-forskere blev fascineret af ideen fra deres kolleger i Prag, og de fortsatte med at undersøge spørgsmålet om mekanismerne til dannelsen af sådanne strukturer. De besluttede at se på fænomenet erosion som en proces med formoptimering (formoptimering bruges nu meget i den moderne industri, når ingeniører og arkitekter forbedrer formen og strukturen på bygninger, de opfører, hvor der er brug for både styrke og let vægt). Og så, for at teste deres idé, skabte forskere et matematisk program, der beskriver processen med vinderosion, og med dens hjælp byggede de en bue ved hjælp af en computermodel af et sandstenslag. Sandstenmodellen bestod af mange næsten ikke-relaterede terninger, der virkede på naboer med en vis styrke. Hvis denne kraft oversteg en bestemt værdi, kunne vinden ikke bevæge "terningen" fra sin plads,Ellers forsvandt det fra reservoiret efter en vis periode, rapporterer RIA Novosti.
Eksperimenterende med denne model bekræftede russiske forskere ideen fra deres tjekkiske kolleger og afslørede flere fysiske principper, der forklarer, hvordan søjler og buer er født. I deres mest generelle form viste de, at vinden spiller rollen som en slags "computer", der forsøger at forme sandstenlaget til en sådan form, at en minimumsmængde af elastisk deformationsenergi akkumuleres inde i det og gradvist og ved et uheld fjerner de svageste elementer fra strukturen.
Oprindeligt forløber denne proces hurtigt, men efter flere hundrede år, når formen på en søjle eller bue allerede nærmer sig idealet, sænkes erosion skarpt, da næsten alle "terninger" begynder at klamre sig til hinanden med stor kraft. Takket være dette kan ægte bjergbuer og søjler eksistere i millioner af år i næsten intakt form.
Sådanne konklusioner er vigtige ikke kun for ingeniører og geologer, men også for folk, der leder efter spor af udenjordisk liv. Som russiske matematikere understreger, kan sådanne strukturer, som for eksempel kan blive opdaget på Mars, i princippet ikke betragtes som spor af udenjordiske civilisationer.