Druk beschermt zandboog

Door erosie gevormde zandstenen bogen blijven lang in stand door verhoogde druk

De ‘Dubbele O-boog’ in Devil’s Garden im, Arches National Park, Utah, USA. Foto Michael Atman / Nature

Prachtig, die zandstenen bogen, raar gevormde pilaren, voetstukken en alkoven die je overal op de wereld vindt. Maar hoe ontstaan ze? Het algemene idee was: door gestage verwering onder invloed van regen en wind. En dat klopt, gedeeltelijk. Maar als verwering de enige factor was, zouden de constructies veel sneller verdwijnen. En dat doen ze niet. Geologen uit Tsjechië en de VS laten nu zien dat er ook belangrijke krachten werken die beschermen tegen verwering (Nature Geoscience, 20 juli). Als de druk op de constructie hoog genoeg wordt, neemt de binding tussen zandsteenkorrels toe en stijgt de resistentie tegen erosie.

De wetenschappers testten hun idee met zandstenen kubussen die in een oven waren gedroogd. Als ze de kubussen onder water legden zagen ze die snel desintegreren. Dat verklaren ze als volgt: het binnendringende water drukt de lucht in de poriën van het korrelige materiaal samen. Daardoor stijgt de poriedruk en dat tast de stabiliteit van het zandsteen lokaal aan. Als ze vervolgens een gewicht op de kubus legden, stopte dat proces op een gegeven moment. Ze verklaren dat met een mechanisme dat ze fabric interlocking noemen. Daar waar de druk groot genoeg is lost wat zandsteen op en dat slaat vervolgens neer in poriën, wat ervoor zorgt dat het contactoppervlak, en de binding, tussen zandsteenkorrels toeneemt. De weerstand tegen erosie neemt daardoor toe. De geologen schreven ook nog een verklarend computermodel en brachten voor allerlei constructies de drukverdeling (grootte en richting) in beeld.

In een commentaar schrijft geoloog Chris Paola van de Universiteit van Minnesota dat de Italiaanse schilder, beeldhouwer en architect Michelangelo ongelijk had. Die zei dat het de taak van de beeldhouwer is om het al aanwezige beeld in een steen te ontdekken. Nee, schrijft Paola, het beeld zit niet in de steen. Het zandstenen patroon komt voort uit eenvoudige lokale interacties. „Iedereen die houdt van de samenvloeiing van elegante wetenschap en natuurschoon zou zich hiervan op de hoogte moeten stellen.”