Warum ist Irlands Giant es Causeway so geformt?


Besucher an der Küste Nordirlands haben immer staunte über den sogenannten Giant's Causeway – ein Feld von einigen 40.000 Verriegelung Basaltsäulen in einem ordentlich hexagonalen Muster angeordnet. Deutschen Physiker entwickelt ein neues Modell um zu erklären, nur wie diese ordentlichen geometrischen Mustern durch natürliche Prozesse entstehen.

Sir Richard Bulkeley, dann der Bischof von Derry, kündigte seine "Entdeckung" der Giant's Causeway, der Royal Society of London im Jahre 1692. Dies löste eine lebhafte Debatte darüber, wie der Damm gebildet haben kann. Mein persönliche Favorit, mit freundlicher Genehmigung von irischen Legende ist, dass es von einem Nordirland Riesen Finn McCool, benannt gebaut wurde desto besser, einen schottischen Rivalen verhöhnen – daher der Name Giant's Causeway.

Wissenschaftler waren geneigt, suchen weniger mythische Erklärungen, Argumentation, dass vielleicht die gewöhnliche Männer den Causeway, bewaffnet mit Pick- and -Meißel gebaut hatte. Im Jahre 1771 schlug ein französischer Wissenschaftler namens Demarest vulkanischer Aktivität der Täter sein könnte, und dies ist und bleibt die akzeptierte Erklärung. Diese säulenartigen Gelenke wurden vor etwa 60 Millionen Jahren gebildet, als flüssige Lava aus einem massiven Ausbruch ins Meer, schnell abkühlend und schrumpft in der sechseckigen Säulen floss.

Im Jahr 2007, University of Toronto Physiker Stephen Morris und seine dahin-Graduate Student, erläuterte Lucas Goehring dieser grundlegenden Mechanismus. "Die Spalten als eine scharfe Front zieht in die Lass fließen, unterstützt durch das Kochen des Grundwassers, Kühlung gebildet werden", erklärte Goehring zur Zeit. "Als der vordere Fortschritte hinterlässt es ein Riss-Netzwerk, das entwickelt sich in eine fast hexagonalen Anordnung. Dieses Netzwerk schnitzt Spalten."

Sie konnten sogar ähnliche hexagonalen Muster mit Maisstärke und Wasser vermischt in eine Kaffeetasse zu erstellen. Nach leuchtendes Licht über den Kelch für eine Woche oder so, hatte die Mischung vollständig getrocknet. Wenn sie es auseinander brach, fanden sie "Stärke Spalten" im Inneren gebildet hatte. Sie verwendet Röntgentomographie, dieses Muster in noch nie da gewesenen Detail offenbaren:

In einem Papier veröffentlicht Anfang dieses Monats in Physical Review Letters, Martin Hofmann von der TU Dresden und mehreren deutschen Kollegen beschrieben ein neues Modell zu erklären, wie die markanten sechseckigen Muster gebildet, aufbauend auf Morris und Goehring der früheren Arbeiten (und das von anderen Wissenschaftlern als auch). Sie waren interessiert, warum Riss Muster suchen rechteckig auf der Oberfläche beginnen können, aber in einer hexagonalen Muster zu entwickeln, wie die Risse von oben nach unten verteilt. Pro die Zusammenfassung:

Sie fanden, dass in der Anfangsphase der Kühlung, wenn die Risse nach dem Zufallsprinzip stellen auf der Oberfläche erscheinen die Energiefreisetzung größten ist, wenn die Risse im 90 Grad Winkel kreuzen. Dieser Übergang vom individuellen zum kollektiven Wachstum der Risse treibt das Muster von rechteckigen, sechseckigen. Die sechseckigen Muster wird dann beibehalten, während die Lava weiter abkühlt führt schließlich zu einer Array sechseckige Säulen, Simiar, die in der Natur gesehen.

Morris ausgesprochen ihre Erkenntnisse "ein schönes Ergebnis" aber betont, dass es alles andere als das letzte Wort zu diesem Thema ist. Er erklärte Gizmodo per e-Mail, die die deutschen Wissenschaftler Schlüsse auf eine große ab Annahme ausruhen:, dass die Risse "So maximieren Sie die Freisetzungsrate der elastischen Energie bewegt." Angesichts der Tatsache, dass grundsätzlich optimieren, sind Sechsecke in der Tat das beste Muster um das zu erreichen. "Aber Bruchmechanik nicht so einfach ist," sagte Morris. "Es stellt eine neue Berechnung, die Antworten auf einige Fragen, aber kann nicht mit anderen Aspekten des Problems." "Und das ist in Ordnung!"

Beispielsweise untersuchte er und Goehring, welcher Mechanismus beteiligt sein könnten, bei der Auswahl der Größe der Spalten. Sie fanden, dass es hängt davon ab, wie schnell die Risse zu propagieren, und die Rate der Stärke auf dem Wasser bewegen kann. Aber sagte "diese [neue] Paper nicht dieses Problem anspricht weil es nicht, Risse erlaubt zu stoppen, wodurch die Fusion von zwei Spalten," er.

Morris und Goehring früher arbeitest du auch aussah wie die Spalten-Arrays zu einem teilweisen Zufälligkeit entwickelt – die Spalten sind nicht ganz so perfekt sechseckigen, als bisher angenommen. Im Gegensatz dazu Hoffmann Et al. Papier nimmt eine "sphärische Kuh" von Anfang an: perfekt regelmäßigen, Ziegel-wie Muster von Rissen, die in perfekt sechseckige Spalten verwandeln. So versucht es nicht zu erklären, die Unordnung in Basaltsäulen, die in der Natur beobachtet. Noch ist es zu erklären, die Existenz von was Morris "wellige" Spalten nennt. "Einige Orte haben Spalten, die in ihren Durchmessern zu schwingen, denn sie bilden", sagte er.

Was warum die genauen Mechanismen hinter die Basaltsäulen des Giant's Causeway und ähnliche geologische Strukturen weiterhin Physiker Intrige, "alles, was die Natur macht, die geordnete Strukturen schafft ist von Natur aus interessant", sagte Morris. "Wenn die Natur nicht so kreativ waren, wären wir nicht hier, ihre Kreativität zu schätzen."

Referenzen:

Goehring, L., Lin, Z. und Morris, S.W (2006) "eine experimentelle Untersuchung der Skalierung der säulenartigen Gelenke" Physische Überprüfung E 74:036115.

Goehring, L. und Morris, S.W (2008) "die Skalierung der säulenartigen Gelenke in Basalt," Journal of Geophysical Research 113: B10203.

Goehring, L. und Morris, S.W (2014) "Rissbildung Schlamm, Schmutz Einfrieren und Felsen, brechen" Physics Today 67(11): 45.

Hoffmann, Martin Et Al. (2015) "Warum sechseckigen Basaltsäulen?" Physical Review Letters 115:154301.

Bild: Chmee2/Wikimedia Commons.

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