Beberapa prestasi struktural yang paling menakjubkan tidak dibangun oleh arsitek atau diukir oleh seniman. Dari Bryce Canyon ke Pegunungan Elbe Sandstone di Eropa tengah, lengkungan batu pasir, ceruk, dan pilar di seluruh dunia terlihat sangat mirip dengan fitur yang sama dalam arsitektur buatan manusia. Jadi, bagaimana alam melakukannya?
Konten terkait
- Apa Saja Semua Cara Tanah Itu Dapat Hilang Di Bawah Kaki Anda?
Sebuah penelitian yang diterbitkan kemarin di Nature Geosciences menunjukkan bahwa siklus umpan balik dari stres dan erosi mungkin ada di balik keajaiban alam ini.
Menurut tim peneliti dari Republik Ceko, erosi secara bertahap menghilangkan butiran pasir, menempatkan bobot batu pada sisa butiran dan menyebabkan mereka saling bertautan lebih erat. Saat biji-bijian ditarik keluar dari batu, beratnya bergeser tidak merata, dan biji-bijian di daerah yang menanggung lebih banyak berat atau tekanan gravitasi lebih sulit untuk dikikis — meninggalkan lengkungan, ceruk, dan pilar yang dikagumi wisatawan manusia.
Para ilmuwan pertama kali mulai menggambarkan dan mengklasifikasikan fitur arsitektur alami ini lebih dari 150 tahun yang lalu, tetapi bahkan teori-teori ilmuwan modern tentang bagaimana lengkungan batu pasir dan bentuk pilar cukup berbeda. Sebagai contoh, beberapa ahli geologi atribut lengkungan di Dataran Tinggi Colorado untuk memotong bagian bawah batu, sementara yang lain berpikir patah di batu menghasilkan mereka.
Demikian pula, beberapa ilmuwan berpendapat bahwa erosi aliran mengukir pilar-pilar gua di gua-gua Venezuela, sementara yang lain menunjuk pada erosi membasuh segalanya kecuali butiran-butiran yang disatukan setelah direndam dengan jari-jari cairan yang meresap ke dalam batuan lunak. Sebagian besar penjelasan didasarkan pada pengamatan lapangan dan studi sampel batuan di bawah mikroskop, dan teori bervariasi dari satu tempat ke tempat lain. Tidak ada yang datang dengan mekanisme mendasar yang umumnya sesuai dengan setiap skenario.
Arch halus dilihat dari belakang saat matahari terbenam, Taman Nasional Arches, Utah, AS. (Foto: Michael Atman) 
Gandakan O Arch sebelum badai di Taman Setan, Taman Nasional Arches, Utah, AS. (Foto: Michael Atman) 
Pravcicka Brana Arch, contoh ikon arsitektur batu pasir di Taman Nasional Swiss Bohemian, Republik Ceko. (Foto: Vaclav Sojka) 
Arch Halus, Taman Nasional Arches, Utah, AS. (Foto: Jaroslav Soukup) 
Pilar-pilar gua di Cueva Colibri dari sistem gua Charles Brewer di Venezuela. (Foto: Libor Lanik) Tim Ceko ingin mengambil pendekatan yang berbeda. Saat melakukan penelitian lapangan di tambang Strelec di Bohemian Cretaceous Basin, mereka memperhatikan bahwa lengkungan kecil dan pilar — paling tinggi hanya sekitar 2 kaki — terbentuk dari batu pasir hanya dalam beberapa bulan atau tahun, daripada skala waktu milenial yang terkait dengan arsitektur geologi besar .
“Sudah jelas bahwa proses yang bertanggung jawab untuk mereka beroperasi saat ini di tambang dan dengan demikian proses tersebut dapat berpotensi terisolasi dan dijelaskan, ” kata Jiri Bruthans, ahli geologi di Universitas Charles di Praha dan penulis pendamping dalam penelitian ini.
Mengapa tidak mencoba membuat bentang alam ini di lab? Bruthans dan rekan-rekannya memulai dengan mengamati bagaimana batu pasir berperilaku di bawah tekanan. Mereka memotong batu pasir dari tambang Strelec, merendamnya dalam air, dan menerapkan gaya vertikal ke atas kubus untuk mensimulasikan tekanan yang dirasakan oleh butiran pasir di batu dari batu di atasnya.
Tanpa tekanan vertikal, kubus secara bertahap hancur menjadi butiran individu. Sebaliknya, di bawah tekanan vertikal yang meningkat, kubus semakin terbuang menjadi pilar berbentuk jam pasir. Lihat sendiri di video yang dibuat oleh penulis untuk melengkapi makalah mereka:
Secara kritis, batu pasir dari Strelec tidak mengandung mineral penyemenan yang membantu mengikat partikel pasir menjadi satu. Sebagai gantinya, penulis menemukan bahwa tekanan pada batu pasir menyebabkan mineral saling terkait dan menahan batu.
Tim Ceko datang dengan mekanisme untuk menjelaskan pembentukan pilar, dan pemodelan numerik mengkonfirmasi kecurigaan mereka. Pada dasarnya, beban di dalam blok batu pasir dilakukan secara tidak merata, dengan beberapa butiran batu pasir memiliki bobot lebih dari yang lain. Air dapat dengan mudah meresap ke dalam pori-pori batu — ruang di antara butiran — dan mengikis serpihan pasir, tetapi butiran yang membawa lebih banyak muatan lebih sulit untuk ditarik.
Anggap saja seperti dinding bata kering. “Mudah untuk mengeluarkan batu bata dari bagian atas dinding tetapi sulit untuk menarik batu bata dari bawah, karena batu bata itu dimuat, ” kata Bruthans. Ketika air menarik butiran pasir, semakin sedikit butiran yang membawa lebih banyak beban, dan tekanan di antara butiran meningkat, mengikat mereka lebih rapat bersama-sama dan membuat mereka lebih tahan terhadap erosi.
Beberapa batu pasir memang mengandung agen penyemenan. Jadi, para peneliti mengambil sampel batu pasir dari Republik Ceko, Venezuela, dan Amerika Serikat. Mengekspos kubus-kubus semen ini terhadap pelapukan garam dan es juga menghasilkan pilar-pilar jam pasir ketika ditimbang, dan kubus-kubus yang dibongkar hancur empat kali lebih cepat. Bahan penyemenan larut dengan erosi, dan dengan demikian kubus yang disemen tunduk pada gaya tegangan yang sama saat bermain dalam kubus yang tidak disemen.
Jelas, erosi bisa datang dalam berbagai bentuk juga. Jadi, para peneliti mensimulasikan curah hujan dan air yang mengalir di lab untuk melihat apakah itu mungkin memiliki efek yang berbeda. Dalam semua kasus, kubus yang dimuat lebih tahan terhadap erosi daripada kubus yang tidak dibongkar, menunjukkan bahwa stres adalah faktor utama.
Para peneliti menciptakan "jendela batu seperti lengkungan", dengan mengikat batu pasir dengan silinder plastik dan memotong "patah" buatan ke dalam batu. Perendaman dalam air menyebabkan pembentukan cepat menjadi bentuk cincin yang relatif stabil. (Foto: Michal Filppi) Selain pilar, para peneliti juga mencoba membuat lengkungan dan ceruk di laboratorium. Mereka menemukan bahwa bentuk batuan tergantung pada geometri bongkahan batu pasir yang terpapar awal. Kubus-kubus dengan celah-celah horisontal kecil tengah menghasilkan lengkungan. Pemotongan horizontal parsial ke dalam kubus menghasilkan ceruk. Dan retakan vertikal tampaknya membantu membuat kolom atau pilar vertikal. Juga, berbagai proses erosi dapat menghasilkan bentuk yang sama, jika mereka memulai dengan batuan yang serupa.
Lengkungan yang berdiri bebas dibuat di lab dengan cara merendam parsial balok batu pasir dengan lubang kecil di dekat pangkalan. Seiring waktu, bukaan menjadi lebih luas dan menembus balok batu pasir, menciptakan lengkungan. (Foto: Marek Janáč, Vesmir.cz) Mengingat hal ini, penulis menyerukan penjelasan yang lebih bernuansa tentang bagaimana lengkungan dan pilar terbentuk di batu pasir. “Kita seharusnya tidak mengatakan erosi atau pelapukan diukir bentuk, karena itu adalah bidang stres yang memberikan bentuk. Proses erosi hanyalah alat yang dikendalikan oleh stres, ”jelas Bruthans.
Bahwa mekanisme sederhana seperti itu dapat menciptakan struktur yang begitu indah kontras pandangan manusia kita tentang apa yang masuk ke dalam seni atau arsitektur yang estetis. "Untuk membuat bentuk yang sempurna, Anda tidak perlu kecerdasan atau perencanaan, " kata Bruthans. Faktanya, “yang sebaliknya berlaku untuk alam. Kebanyakan hal sempurna dibuat oleh mekanisme sederhana. ”
