Árpád
-3 °C
4 °C
Index - In English In English Eng

Magyarok fejtették meg a homokstadionok titkát

2019.11.14. 15:00

Néhány napja számoltunk be arról, hogy a Botteni-öbölben egy finn kiránduló furcsa természeti jelenségre lett figyelmes. A tengerparton megannyi tojásszerű jégdarabot talált, amelyek között akkorák is voltak, mint egy fociladba. A jéggömbök úgy keletkeznek, hogy a nagyobb jégtáblákról letöredező, szabálytalan alakú darabokat addig csiszolja, formálja a szél, illetve a tengeráramlás, míg éleik lekerekednek, felületük elsimul. Közben ezzel ellentétes folyamat is szerepet játszik a kialakulásukban: a vízből jég fagy a felületükre.

A cikket látva értesített minket Domokos Gábor akadémikus, az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoport vezetője, hogy az ehhez hasonló formák kialakulását nemrégiben ők írták le matematikai eszközökkel a rangos Scientific Reports folyóiratban. Domokos Gábor volt az egyik tudós, akik feltalálták/felfedezték a Gömböcnek elnevezett formát, az egyetlen olyan ismert testet, amely mindössze egy stabil és egy instabil egyensúlyi ponttal rendelkezik.

Domokosék azóta is a formák evolúciójával foglalkoznak. Tanulmányukban nem a jégtojásokat, hanem a hasonló alakú mészkő képződmények, az ooidok felépülését vették alapul. Ezek nyújtott, úgynevezett stadionformájú alakzatok, amelyek palástja közel hengeres, végeik viszont gömbölyűek. A jégtojások és az ooidok ugyanolyan elveket követve képződnek, csak míg a jégformák jóval gyorsabban keletkeznek, és gyorsan elolvadnak, az ooidszemcsék akár több millió évig is formálódhatnak.

Az ooidokat lényegében tengeri cseppkövekként kell elképzelnünk. Vagyis réteges mészkőlerakódás révén épülnek fel. Ellentétben a cseppkővel, ezek nem a plafonról lógnak vagy a talapzatról épülnek felfelé, hanem a gyöngyökhöz hasonlóan egy magból kiindulva képződnek

– mondta az Indexnek Domokos Gábor.

A tipikus ooidok nagyon kicsik, átmérőjük nem haladja meg a 2 millimétert. Ezek nem átlagos üledékszemcsék, azoknál sokkal szabályosabb az alakjuk. Leggyakrabban meleg, sekély trópusi tengerekben képződnek, ahol a kialakulásukhoz megfelelő a víz kémiai összetétele.

A világ ooidközpontja egyértelműen a Bahamákon van, a leghíresebb ooidkutatók ezért (és nyilván csak ezért) legszívesebben a Bahamákra járnak ooidot gyűjteni. A szigetcsoport földrajzi viszonyai valamiért nagyon kedveznek az ooidképződésnek. Annyira jók ott a körülmények, hogy

a kutatók nem is nagyon erőltetik a további keresést, megelégednek a Bahamákkal.

Domokos Gábor – őszinte sajnálatára – még nem járt ooidot kutatni a Bahamákon, de a kutatóprogram nemzetközi közreműködőinek segítségével kapott ott gyűjtött mintákat, hogy az elméleti számítások alapján kidolgozott hipotéziseiket tesztelhessék rajtuk. Minthogy ezek az apró cseppkövek úgy növekednek, hogy a földtörténeti korok folyamán rétegesen rakódnak rájuk az újabb és újabb mészkőadagok, a geológusok a rétegeket elemezve, hasonlóan a fák évgyűrűihez, következtetéseket tudnak levonni belőlük a régmúlt földtani viszonyaira vonatkozóan.

A b képen egy ooid elektronmikroszkópos képén jól látszanak az évgyűrűszerű rétegek
A b képen egy ooid elektronmikroszkópos képén jól látszanak az évgyűrűszerű rétegek
Fotó: Sipos et al. 2018 / Scientific Reports

Az adott helyen, adott időben képződő ooidok furcsa módon majdnem egyformák, és valójában nem tojásdad alakúak, hanem inkább miniatűr térbeli stadionokhoz vagy kapszulákhoz hasonlítanak. Az ooidok formáját három folyamat alakítja párhuzamosan. Az egyik a cseppkőszerű mészkőlerakódás, a másik az ütközés, amely miatt darabok töredeznek le róluk, a harmadik pedig a súrlódás. Ha csak az első két folyamat működne, az ooidok tökéletes gömbalakot nyernének idővel. A csiszolódás miatt azonban formájuk hosszúkás lesz.

Amint látszik, az első folyamat ellentétes hatású az utóbbi kettővel (hízás vs. fogyás), így egy idő után a két változás sebessége egyenlővé válik, és egyensúly áll be. Ez az oka annak, hogy az ooidok nem nőhetnek a végtelenségig. Az alapvetően az éghajlat és a tenger kémiai összetétele megváltozásának a következménye, hogy míg régen előfordultak öklömnyi darabok, addig manapság csak nagyon piciket találni.

A méretegyensúly mellett sokkal érdekesebb, hogy egyensúlyi formák is megjelennek, és emiatt lesz a legtöbb ooid hasonló alakú. Ha az adott környezetben felvesznek egy alakot, akkor az úgy is marad. Ez unikális jelenség a mi szempontunkból, mert általában kopással foglalkozunk. Ott nincs egyensúlyi méret, hiszen folyton fogy a tárgy. Egyensúlyi alak viszont kopásnál is lehet, ha az beáll, onnantól már csak önmagához hasonló módon zsugorodik a test.

Még érdekesebb, hogy a kiindulási formától független a végső alak – bizonyította matematikai számításokkal Domokos Gábor és munkatársai. Az ooid fejlődése során úgymond elfelejti eredeti formáját. A sarkai jobban kopnak, a lapjain jobban hízik. Emiatt az ooidok által felvehető egyensúlyi formák választéka szűkös.

A különböző formájú magból kiinduló ooidok ugyanolyan formát nyernek el
A különböző formájú magból kiinduló ooidok ugyanolyan formát nyernek el
Fotó: Sipos et al. 2018 / Scientific Reports

Valójában a természet – az áramlási és kémiai viszonyok függvényében – lényegében csak az elnyúltságot választhatja meg. Vagyis hogy a két gömbölyű vég között milyen hosszú legyen a hengeres középrész. Minél jobban ütköznek egymáshoz a szemcsék, alakjuk annál jobban közelíti a gömböt. Ha inkább az aljzaton való csúszkálás a domináns mozgás, a forma hosszúkásabb lesz.