Da sottilissimi coni a imponenti colonne, la forma delle stalagmiti ci lascia spesso a bocca aperta. Queste formazioni, tra le più iconiche in natura, si formano quando l’acqua ricca di minerali che gocciola dal soffitto delle grotte si deposita sul pavimento innalzando strati di calcite. Ma cosa determina la forma delle stalagmiti? A rispondere è oggi un team di ricercatori dell’Università di Varsavia, dell’Università della Florida, dell’Accademia slovena delle scienze e delle arti e del Centro medico universitario di Lubiana, che ha fornito la prima descrizione matematica della forma di questi archivi naturali, che, proprio come gli anelli degli alberi, registrano antichi cambiamenti climatici nella loro crescita a strati. Lo studio è stato pubblicato su Pnas.
La forma delle stalagmiti
Per capire la matematica dietro la forma delle stalagmiti, i ricercatori sono partiti da un modello matematico di crescita delle stalagmiti che prevede come una stalagmite “ideale” cresce quando le condizioni nella grotta rimangono costanti. Da qui, hanno potuto calcolare che le stalagmiti si sviluppano con una forma non casuale, ma secondo un preciso fattore di controllo. Si tratta, nel dettaglio, di un parametro chiamato numero di Damköhler, che rappresenta il rapporto tra la velocità di precipitazione della calcite e il flusso dell’acqua. Quando il gocciolamento è concentrato e costante, per esempio, questo crea una forma delle stalagmiti a colonna, mentre un gocciolamento diffuso produce sommità piatte. Quando, invece, la portata è elevata o quando l’acqua gocciola direttamente sulla stalagmite dal soffitto della grotta, possono emergere forme coniche e appuntite.
La matematica nascosta nella natura
“Abbiamo scoperto che la ricca diversità delle forme delle stalagmiti può essere spiegata da un semplice parametro“, ha commentato l’autore principale Piotr Szymczak. “Questo è un raro caso in cui la bellezza che vediamo in natura corrisponde direttamente a una chiara legge matematica”. Per testare la loro teoria, gli autori hanno usato la tomografia a raggi X sulle stalagmiti delle Grotte di Postumia, in Slovenia, confermando dalle successive scansioni che la forma delle stalagmiti prevista dalle loro equazioni corrispondeva con molta precisione con quella reale. “Quando abbiamo confrontato le nostre soluzioni analitiche con i campioni reali, la corrispondenza è stata notevole”, ha raccontato Matej Lipar, tra gli autori dello studio. “Dimostra che anche in condizioni naturali disordinate, la geometria sottostante è comunque presente”.
Il clima del passato
Dato che, come anticipato, le stalagmiti sono utilizzate per registrare gli antichi cambiamenti climatici attraverso le variazioni nelle firme chimiche degli isotopi di carbonio intrappolati al loro interno, il nuovo studio suggerisce che anche la forma può essere importante per perfezionare il modo in cui vengono interpretate queste registrazioni paleoclimatiche. In particolare, è emerso che le stalagmiti con sommità piatta registrano questi segnali isotopici in modo diverso da quelle colonnari o coniche. “Le stalagmiti sono archivi climatici naturali, ma ora sappiamo che la loro geometria lascia un’impronta sulla registrazione isotopica”, ha spiegato il co-autore Anthony Ladd. “Riconoscere questo effetto ci permetterà di estrarre informazioni più affidabili sui climi del passato”.
Via: Wired.it
Credits immagine: Romain Galoché su Unsplash
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