Stenskogar - spetsiga klippformationer som liknar träd som befolkar regioner i Kina, Madagaskar, och många andra platser över hela världen – är lika majestätiska som de är mystiska, skapade av osäkra krafter som ger dem sin form.

Ett team av forskare har nu kastat nytt ljus över hur dessa naturliga strukturer skapas. Dess forskning, rapporterade i det senaste numret av tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), erbjuder också löften för tillverkning av strukturer med skarpa spetsar, såsom mikronålar och sonder som behövs för vetenskaplig forskning och medicinska procedurer.

"Detta arbete avslöjar en mekanism som förklarar hur dessa skarpt spetsiga klippspiror, en källa till förundran i århundraden, komma att bli, säger Leif Ristroph, en docent vid New York Universitys Courant Institute of Mathematical Sciences och en av tidningens medförfattare. "Genom en serie simuleringar och experiment, vi visar hur strömmande vatten skär ultraskarpa spikar i landformer."

Forskarna, som inkluderade Michael Shelley, en professor vid Courant Institute, Observera att studien också belyser en mekanism som förklarar förekomsten av skarpt spetsiga bergspiror i karst - en topografi som bildas av upplösningen av stenar, såsom kalksten.

I deras studie, forskarna simulerade bildandet av dessa toppar över tid genom en matematisk modell och datorsimuleringar som tog hänsyn till hur upplösning producerar flöden och hur dessa flöden också påverkar upplösning och därmed omformning av en formation.

För att bekräfta giltigheten av deras simuleringar, forskarna genomförde en serie experiment i NYU:s Applied Mathematics Lab. Här, forskarna replikerade bildandet av dessa naturliga strukturer genom att skapa sockerbaserade toppar, efterliknar lösliga bergarter som utgör karst och liknande topografier, och sänka dem i tankar med vatten. Intressant, inga flöden behövde påtvingas, eftersom upplösningsprocessen i sig skapade de flödesmönster som behövdes för att skära spikar.

De experimentella resultaten återspeglade simuleringarna, vilket stöder noggrannheten hos forskarnas modell (se "Video2ExperimentSimulation" i enheten nedan). Författarna spekulerar i att samma händelser inträffar - om än mycket långsammare - när mineraler sänks under vatten, som senare drar sig tillbaka för att avslöja stentoppar och stenskogar.