Les stalagmites adhèrent toutes à une règle mathématique, ont découvert les scientifiques après avoir créé des équations montrant comment les formations minérales spectaculaires se développent sous différentes formes.
Les nouvelles descriptions mathématiques pourraient aider les scientifiques à extraire des données plus précises sur les conditions climatiques passées, ont noté les chercheurs dans une étude qui sera publiée la semaine du 13 octobre dans la revue PNAS.
Les stalagmites peuvent atteindre des centaines de pieds de hauteur à partir du sol des grottes et prendre de nombreuses formes différentes, allant de cônes pointus et étroits à de larges monticules au sommet plat. Ils sont créés lorsque de l’eau riche en minéraux s’égoutte du plafond d’une grotte à peu près au même endroit pendant des milliers d’années, où elle dépose régulièrement de la calcite dans une tour poussant à partir du sol de la grotte.
Dans la nouvelle étude, Szymczak et ses collègues ont développé un ensemble d’équations mathématiques décrivant comment toutes ces formes apparaissent. Ils ont découvert que la forme qu’une stalagmite finit par adopter est contrôlée par la vitesse à laquelle l’eau s’égoutte du plafond de la grotte sur la stalagmite et par la rapidité avec laquelle la calcite contenue dans cette eau est laissée derrière elle. Ceux-ci peuvent être représentés par une valeur unique appelée nombre de Damköhler.
L’eau qui coule rapidement du plafond d’une grotte a tendance à créer des stalagmites pointues en forme de cône, tandis que l’eau qui s’écoule plus lentement au même endroit forme des stalagmites plus épaisses en forme de colonne. Lorsque l’eau s’égoutte d’une grande hauteur ou ne s’égoutte pas exactement au même endroit, de larges stalagmites au sommet plat peuvent se former.
Les scientifiques ont ensuite validé leurs équations en comparant les formes attendues des stalagmites dans différentes conditions aux stalagmites réelles extraites de la grotte de Postojna en Slovénie.
« Lorsque nous avons comparé nos solutions analytiques avec de véritables échantillons de grottes, la correspondance était remarquable », co-auteur de l’étude Matej Lipargéographe physique au Centre de recherche de l’Académie slovène des sciences et des arts, a déclaré dans le communiqué. « Cela montre que même dans des conditions naturelles et désordonnées, la géométrie sous-jacente est là. »
Les scientifiques pourraient utiliser cette géométrie pour obtenir des données plus précises sur le climat passé des formations, écrivent les auteurs dans l’étude. Tout comme les cernes des arbres, les stalagmites poussent en couches, enregistrant des informations sur les précipitations et la température au fil du temps. Les scientifiques utilisent les ratios de différentes formes, ou isotopes, de carbone dans chaque couche pour extraire ces informations. La forme des stalagmites affecte la façon dont ces couches sont déposées, ce qui pourrait à son tour affecter la façon dont les scientifiques interprètent les conditions dans lesquelles elles se sont développées.
« Les stalagmites sont des archives climatiques naturelles, mais nous voyons maintenant que leur géométrie laisse sa propre empreinte sur les enregistrements isotopiques », co-auteur de l’étude Anthony Laddingénieur chimiste à l’Université de Floride, a déclaré dans le communiqué. « Reconnaître cet effet nous permettra d’extraire des informations plus fiables sur les climats passés. »
