石林的尖峰是如何形成的？上纽大教授最新研究给出新思路

文/上海纽约大学 编辑/清风

石林是一种外形与树颇为相似的岩溶地貌景观，在中国、马达加斯加以及世界许多地方十分常见。石林独特形态的形成原因尚未可知，为它增添了一抹神秘的色彩。

纽约大学和上海纽约大学科研团队的一项最新研究为解释这些自然景观的成因给出了新思路，也揭示了科研和医用微针、探针等尖头结构制造的发展前景。研究论文发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）9月刊上。

论文的第一作者黄金紫教授是上纽大数学助理教授，同时也是华东师范大学-纽约大学数学联合研究中心（上海纽约大学）的成员。他已与纽约大学柯朗数学科学研究所合作多年，探索岩石溶解、河流侵蚀等边界移动问题的相关理论与实验。在云南旅游时欣赏到的石林景观激发了他开展该研究的灵感。“看到云南石林巧夺天工的奇妙景观，我想起了和纽大Leif Ristroph教授在先前的实验中看到的尖峰形成效应，于是我们决定将这个数学问题与自然现象相联系。”黄金紫说。研究期间，他正在纽约大学攻读博士学位。

“这项研究揭示了解释这些岩石尖峰成因的一种机制，即是什么造就了石林这个百年自然奇观。” 纽约大学柯朗数学科学研究所副教授、论文的共同作者之一Leif Ristroph说，“通过一系列模拟和实验，我们展示了流水如何塑造了这些地貌奇观中的超尖锐的石峰。”

包括柯朗数学科学研究所教授M i c h a e l Shelley在内的研究员们指出，这项研究还解释了尖峰岩石常现于喀斯特地貌中的原因。喀斯特是由石灰石等岩石溶解而形成的一种地貌。

研究中，科学家们通过数学模型和计算机仿真来模拟这些尖峰随时间流逝形成的过程。其中考虑了岩石溶解如何产生流动，以及这些流动如何影响岩石溶解并随之改变岩层形状。

研究人员还在纽约大学应用数学实验室开展了一系列实验，以验证模拟的合理性。他们制作了糖尖峰，模拟构成喀斯特及类似地形的可溶性岩石，并将其浸没在水箱中，从而复制这些自然结构的形成过程。有趣的是，由于溶解过程本身可以产生塑造尖峰所需的流动形态，因此无需再额外施加流动力。

实验结果验证了模拟结果，为研究模型的准确性提供了支持。论文的作者们推测，如果把矿物浸没在水中会出现同样的情形——岩石将不断被溶蚀，形成石峰和石林，只是需要更多的时间。

论文的另一作者是Joshua Tong，他在纽约大学读本科期间参与了实验。该研究还获得了国家科学基金会的一项研究资助（CBET-1805506）。