A természetes boltívek és hidak, oszlopok, boltozatok és más egzotikus homokkő képződmények elbűvölik rendkívüli formájukkal és abszolút érthetetlen stabilitással. A tudósok több generációja számára mindig is meglepetést és kíváncsiságot okoztak, és az egyszerű emberek néha ősi civilizációktól vagy akár idegenektől vették ezeket a szobrokat "üdvözletként". Általánosságban egyértelmű volt, hogy fő építészeik szél, víz és nap voltak, de a közelmúltig nem triviális formáik oka rejtély maradt.
A természetes ívképződés hátterében álló erózió mechanizmusainak első szilárd kísérleti és elméleti tanulmányát három évvel ezelőtt a prágai Károly Egyetem matematikusai hajtották végre. Megállapították, hogy a formák a homokszemek egyedülálló önszerveződéséből adódnak a homokkő rétegekben. A tudósok feltételezték, hogy a természetes erózió elsősorban a hangsúlytalan anyagot távolítja el, ami a terhelés eloszlása szempontjából „hatástalan”. Ennek a viselkedésnek az oka a száraz súrlódás törvényében rejlik - minél erősebben nyomják össze az anyagrészecskéket a szomszédos anyagrétegek, annál nehezebb elválasztani őket.
A Skoltech kutatóit lenyűgözte prágai kollégáik ötlete, és tovább tanulmányozták az ilyen struktúrák kialakulásának mechanizmusait. Úgy döntöttek, hogy az erózió jelenségét az alakoptimalizálás folyamataként vizsgálják (az alakoptimalizálást ma már széles körben használják a modern iparban, amikor a mérnökök és építészek javítják az általuk felállított szerkezetek alakját és szerkezetét, ahol mind szilárdságra, mind könnyű súlyra van szükség). Ezután ötletük tesztelésére a tudósok létrehoztak egy matematikai programot, amely leírja a szélerózió folyamatát, és ennek segítségével boltozatot építettek a homokkő réteg számítógépes modelljének felhasználásával. A homokkő modell sok, szinte egymással nem összefüggő kockából állt, amelyek bizonyos erővel hatottak a szomszédokra. Ha ez az erő meghalad egy bizonyos értéket, akkor a szél nem tudja elmozdítani a "kockát" a helyéről,különben egy bizonyos idő után eltűnt a víztározóból - írja a RIA Novosti.
Ezzel a modellel kísérletezve az orosz tudósok megerősítették cseh kollégáik ötletét, és számos fizikai alapelvet tártak fel, amelyek megmagyarázzák, hogyan születnek az oszlopok és boltívek. Legáltalánosabb formájukban megmutatták, hogy a szél egyfajta "számítógép" szerepet játszik, és megpróbálja olyan formára formálni a homokkő réteget, hogy a rugalmas deformációs energia minimális mennyisége felhalmozódik benne, fokozatosan és véletlenül eltávolítva a leggyengébb elemeket a szerkezetből.
Kezdetben ez a folyamat gyorsan halad, de több száz év után, amikor az oszlop vagy boltív alakja már közelít az ideálishoz, az erózió hirtelen lelassul, mivel szinte az összes "kocka" nagy erővel kezd egymáshoz tapadni. Ennek köszönhetően valódi hegyi boltívek és oszlopok évmilliókig létezhetnek szinte ép formában.
Az ilyen következtetések nemcsak a mérnökök és geológusok számára fontosak, hanem azok számára is, akik a földönkívüli élet nyomait keresik. Most, ahogy az orosz matematikusok hangsúlyozzák, az ilyen struktúrák, amelyek például felfedezhetők a Marson, elvben nem tekinthetők földönkívüli civilizációk nyomainak.