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石笋形成的数学原理
高耸的钟乳石悬挂在世界各地的古代洞穴的天花板上，巨大的石笋从地板上升起，就像巨大的洞穴口的牙齿一样。这些天然柱子由水形成，水通过地面过滤，滴入洞穴并蒸发，层层沉积方解石（碳酸钙）和其他矿物质。石笋 [...]
来源:宇宙杂志高耸的钟乳石悬挂在世界各地的古代洞穴的天花板上，巨大的石笋从地板上升起，就像巨大的洞穴口的牙齿一样。
这些天然柱子由水形成，水通过地面过滤，滴入洞穴并蒸发，层层沉积方解石（碳酸钙）和其他矿物质。
经过很长一段时间，石笋从几厘米高长到几米高，有的形成细长的圆锥体，有的形成巨大的柱子或平顶基座。
现在，研究人员已经解决了石笋生长的数学问题，这对科学家如何解释石层中的古代气候记录具有重要意义。
数学模型预测当洞穴中的条件随着时间的推移保持不变时，理想的石笋如何生长。
“事实证明，石笋形状的丰富多样性可以通过一个简单的参数来解释，”波兰华沙大学的 Piotr Szymczak 说道。
石笋“这是一种罕见的情况，我们在自然界中看到的美丽直接对应于一个干净的数学定律。”
这个因子，即“Damköhler 数”，代表水流和矿物沉淀速率之间的平衡。
根据模型，当水从上方集中而稳定地滴下时，就会形成柱状石笋。而以扩散形式落下的水滴则会产生平顶石笋。
当水快速流动或无变化地直接滴到石笋上时，就会出现尖锐的圆锥体。
“当我们将分析解决方案与真实洞穴样本进行比较时，结果非常吻合，”来自斯洛文尼亚科学与艺术学院研究中心的合著者 Matej Lipar 说道。
“它表明，即使在自然、混乱的条件下，底层的几何形状仍然存在。”
改变某些元素同位素的比率这项新研究发表在《PNAS》上。
新研究 美国国家科学院院报。