数学家可能已经揭开了“石林”形成的秘密。

自然界中有许多奇妙的地质构造，从爱尔兰的巨人堤道到犹他州的卡斯尔顿大厦，科学家们长期以来一直对这些结构的形成过程感兴趣。纽约大学的一个应用数学家团队将注意力转向了中国和马达加斯加某些地区常见的所谓石林。纽约大学的研究小组表示，这些尖尖的岩层，就像中国云南省著名的石林一样，是固体在重力作用下溶解成液体的结果，产生了自然对流。他们在最近发表在“美国国家科学院院刊”上的一篇论文中描述了他们的发现。

合著者Leif Ristroph告诉Ars，他在纽约大学应用数学实验室的团队开始通过某种间接的途径对石林(严格地说是一种喀斯特地形)的研究产生了兴趣。他们使用模拟和实验来探索景观中由于一些塑造过程而演变出的有趣的形状，其中最明显的是侵蚀和溶解。

他说：当我们把糖果放在水箱里时，我们第一次发现了溶解形成的尖刺，后来回来发现了一个针状的尖顶。这位研究生，第一作者Mac Huang，甚至在欣赏这个形状的时候不小心割伤了自己。这就把我们带入了这个问题，当我们意识到与石尖和石林的联系时，我们非常兴奋，它们在它们的发展过程中一直是相当神秘的。我们希望我们的实验能在这些地貌背后讲述一个简单的起源故事。

为了在实验室中测试他们的模拟，研究小组将颗粒状的食糖、玉米糖浆和模子中的水结合在一起，制成了凝固(硬裂纹)糖果的块状和单柱状-类似于通常形成喀斯特地貌的可溶性岩石。积木的模具包括直立的金属棒阵列，用来播种有气孔的积木，这样就更接近了。他们将这些糖块和柱子放在一个装满室温脱气水的有机玻璃罐中-深度足以使溶解的糖沉淀在底部，远离被测试的物体。他们以每隔一分钟拍摄一张数码照片的方式捕捉到了溶解过程。

你可以在下面观看一段延时的实验视频，在视频中，一块正在溶解的糖果变成了一排尖锐的钉子，就像一床指甲。这块积木从内部毛孔开始，完全浸入水中，在那里溶解，成为一个糖果森林，然后倒塌。

即使在静止的水中也会发生这种情况。里斯特罗夫说：“我们发现，溶解过程本身就产生了雕刻尖峰形状的水流。”基本上，这种矿物--或者在我们的实验中，棒棒糖用作模拟岩石--溶解了，周围的液体变得很重，然后由于重力而向下流动。因此，我们的机制不需要任何特殊的流动条件或其他外部或环境条件：配方只需要溶解在液体和重力中即可。

Ristroph等人。这表明类似的机制在石林的形成过程中起着作用，只是时间尺度要长得多。像石灰石、白云石和石膏这样的可溶性岩石被淹没在水下，矿物质在那里慢慢溶解到周围的水中。较重的水在重力的向下拉力下沉，水流逐渐形成岩溶地貌。当洪水退去时，柱子和石林就会出现。

从表面上看，这些石林看起来非常类似于安第斯冰川高处发现的在非常干燥的空气中形成的雪柱。一些物理学家已经提出，当阳光将雪直接蒸发成水蒸气，而不是通过水相(升华)时，就形成了忏悔柱。微小的波峰和波谷形成，阳光被困在其中，产生额外的热量，形成更深的波谷，这些曲面反过来充当透镜，进一步加快了升华过程。另一种方案增加了一种额外的机制来解释柱状物奇怪的周期性固定间距：蒸汽扩散和热传输的组合产生了陡峭的温度梯度，从而产生了更高的升华速率。

物理学家已经能够在实验室中重现人造版的忏悔者。但就形成机制而言，忏悔者和石林实际上是截然不同的。里斯特罗夫说：我认为它们的相似之处相当肤浅。当然，雕刻过程在主要的驱动效果方面是非常不同的。主要是，我们的尖峰在很大程度上是由流动雕刻而成的，我认为这在忏悔者的形成中不会起到很大的作用。

诚然，纽约大学的研究人员在理想化的条件下获得了他们的结果-根据作者的说法，故意这样做是为了更好地清楚地识别和描述磨砺过程、潜在机制和数学结构。因此，作者写道，这项研究揭示了针头和指甲床图案所必需的最低限度的成分。未来，他们希望在实验室的不同环境条件下进一步测试这一形成过程，比如降水和地表径流，或者被埋在松散的沉积物下，可能会影响顶峰的形成。