Research press release


Nature Geoscience

Sandstone wonders explained


Jiri Bruthansたちは、荷重を持った砂岩の立方体の浸食に対する実験と数値モデル化を実施した。彼らは、砂岩の立方体の側面が浸食していくと、その上の石の重さはより少ない砂粒により支えられるので、砂粒に対する鉛直方向の応力は増加することを発見した。応力が限界レベルに達すると、重さを支えていた砂粒が硬く固着し浸食に対する抵抗力が増す。それとは対照的に、より少ない重さを支えていた砂岩の部分はさらなる浸食を受けやすくなる。Bruthansたちのモデルは、高応力下にある部分の砂粒は互いに固着して安定した柱状の地形を出現させることを示している。Bruthansたちはさらに、砂岩の構造にある破砕帯などの弱点が応力場を変化させ、米国のアーチーズ国立公園や、ベネズエラのチュリテプイ(Churi Tepui)などで自然に見られる安定した形状の多様性を生み出すことを示している。

関連するNews & Viewsの記事で、Chris Paolaは、「これらの天然の彫刻は数多くの訪問者を喜ばせており、中にはそれがどうしてできたのかを不思議に思う人もいるが、これが答えなのである」と述べている。

Unique sandstone landforms, such as arches and pillars, are shaped by a feedback between erosion and the load carried by the sandstone under gravity, according to a study published online this week in Nature Geoscience.

Jiri Bruthans and colleagues conducted experiments and numerical models of the erosion of load-bearing cubes of sandstone. They observed that as the sides of the sandstone cubes eroded away, the weight of the stone above was carried by fewer and fewer sand grains, increasing the vertical stress on the grains. Once a critical level of stress was reached, the weight-bearing grains became tightly locked together and were more resistant to erosion. In contrast, the parts of the sandstone bearing less weight were left susceptible to further erosion. Their model showed that the interlocking of sand grains in areas of high stress leads to the emergence of a stable pillar-like landform. The researchers further demonstrate that weaknesses in the structure of the sandstone, such as fractures, modify the stress field and lead to the diversity of stable shapes observed in nature, such as at Arches National Park in the USA and Churi Tepui in Venezuela.

In an accompanying News and Views article, Chris Paola writes that “these natural sculptures have delighted countless visitors, some of whom must have paused to wonder where they come from. Here is an answer.”

doi: 10.1038/ngeo2209


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