Здравствуйте, уважаемые читатели!
Оказывается не только альтернативщики заинтересовались произхождением таинственных колей, избороздивших Мальту едва ли не вдоль и поперёк. Тем, как образовались колеи, озадачились и учёные, которые подошли к их изучению с позиции геоморфологии. И, представьте себе, изследователи сумели разгадать эту многовековую тайну.
Цели, которые поставили перед собой учёные были следующие:
* изследовать физические свойства пород рельефа, в которых образованы колеи;
* определить характер и величину приложенных напряжений, как меру эрозионных сил, необходимых для преодоления сопротивления породных материалов;
* выполнить обратное проектирование транспортного средства, соответствующего колеям, и его нагрузку, которые могли бы генерировать достаточное напряжение, чтобы вызвать разрушение породы.
Но, о результатах их изследования несколько позже. Для начала проясняем геологическую историю самого острова Мальта (об этом здесь).
Говорят, что Мальта - это страна, сформированная известняком (и небольшим количеством очень старого помёта). Если бы можно было охарактеризовать средиземноморское островное государство Мальта одним словом, то это было бы слово - “известняк”. Эта порода сформировала топографию островов, их экономику и, возможно, чёрные банковские счета. Известняк также сделал Мальту раем для изучения карбонатной геологии и дайвинга.
Мальта лежит на большой карбонатной платформе, которая тянется на север от Африки и также включает в себя Сицилию. Таким образом, с географической точки зрения Мальта является частью Африки, и острова являются лишь самыми молодыми вершинами скал, возвышающихся над поверхностью моря. Они были отложены в период от верхнего олигоцена до верхнего миоцена, примерно от 20 до 8 миллионов лет назад. В геологическом масштабе времени Мальта - это малыш.
Литостратиграфия-геоэкология, составляющая систему слоев горных пород-на Мальте имеет три основные группы, и их развитие контролировалось изменениями уровня Средиземного моря во времени. Уровень моря, в свою очередь, является результатом сложного взаимодействия количества воды, поступившей через Гибралтарский пролив по отношению к испарению, и отложений, сброшенных в результате эрозии суши, поднятой вверх, когда Африка столкнулась с Европой, чтобы породить Альпы.
Нижний из трех уровней - это нижний коралловый известняк, состоящий из карбонатного песка и гравия, смешанного с окаменелостями раковин. Карбонатные отложения первоначально были живыми организмами, такими как коралловые рифы, раковины или очень мелкозернистый планктон, поначалу отложившиеся, вероятно, на том месте, где сейчас находится Сицилия. Затем мощными волнами и течениями эти породы были размыты, смыты на юг к Мальте и вновь отложены в виде песка и гравия на мелководье. Некоторые пласты в нижнем коралле состоят почти исключительно из окаменелостей раковин, измельчённых вечным движением волн до осколков. Нижний коралловый известняк твердый и устойчивый к износу, образует крутые и вертикальные скалы вдоль побережья.
Нижний коралловый известняк
Средний пласт пород является самым мягким из трёх: известняк globigerina состоит почти исключительно из планктонного карбоната и имеет свое название от очень крошечного ракообразного - Globigerina foraminifera. Чистый и мелкозернистый, этот известняк имеет ярко выраженный желто-сероватый цвет.
Глобигерина
Он изпользуется для строительства зданий, акведуков, тротуаров, в основном всего, и поэтому мальтийские города имеют один и тот же желтовато-сероватый цвет. Из-за того, что известняк во время дождей медленно растворяется от воздействия кислот, у некоторых зданий были смыты части их стен. Глобигерин откладывался на глубине более 200 м, потому очень чист.
Однако глубоководное спокойствие прерывали периоды более мелкой воды, и вместе с мелководьем появлялись организмы, которые зарывались в донные отложения. Их погребения и туннели, “биотурбации", говоря языком геологии, оставили грубые темные конкреции, которыми почти полностью образованы некоторые гряды. Тёмные пятна в светлой скале являются буквально старыми фекалиями слизистых существ, которые жили в отложениях ещё до того, как они стали твердыми камнями; "слизняки" ели ещё не затвердевшую карбонатную породу и оставляли коричневые пятна позади себя.
Какашки, оставленные "слизняками"
Над глобигерином - тонкая голубая глина. Это самая мягкая и самая важная порода на Мальте, потому что она состоит из очень мелкозернистых частиц глинистых минералов и карбонатов, которые делают ее водонепроницаемой. Слой глины ловит воду, которая опускается вниз через пористые скалы, и образует дно драгоценного пресноводного слоя.
Наконец, верхний коралловый известняк, хотя он и тоньше, похож на своего старшего собрата и имеет такую же высокоэнергетическую природу среды осаждения. На Гозо этот твердый известняк выделяется как шапки с крутыми скалами и плоскими вершинами, над более мягкими скалами, лежащими под ними. Поэтому цитадели для обороны находятся на вершине этих высоких частей острова. На самом деле, после нападения арабского пирата в 1556 году, похитившего почти всё население, оставшиеся гозитане долгое время оставались в цитаделях ночью и выходили работать на полях только днём .
Но, ближе к колеям :о)
Мальтийские колеи встречаются в основном в западной части острова, на возвышенностях, образованных коралловым известняком. Самое раннее упоминание о них было дано Джаном Франческо Абелой в 1647 году, и с тех пор многочисленными авторами в течение значительного периода времени были оставлены их описания, кульминацией которых стал тщательный и всесторонний обзор Хьюза. Возраст колей не определён точно, их относят к позднему бронзовому веку (1500 г. до н. э.), Пунической оккупации (около 600 г. до н. э.) и римскому периоду (после 218 г. до н. э.), сюда же включают неолитический и арабский периоды (около 870 г.). Следы этих особенностей поверхности суши также присутствуют в Гозо и в других местах Средиземноморья. В 1955 году экспериментальные археологи вместе с Би-Би-Си осуществили проект, во время которого по колеям были пропущены разные типы транспортных средств, однако однозначного заключения сделать не удалось.
Рытвины были созданы в мягком известняке, который, как растворимая порода, подвергается растворению под дождём при непосредственном воздействии осадков на поверхность Земли. Таким образом, морфологические детали колей неизбежно деградируют с течением времени, скрывая первоначальные черты и делая интерпретацию ещё более трудной. Интерпретировать эрозионные формы можно только на основании их геоморфологии. Колеи представляют собой, по существу, мелкомасштабные эрозионные формы рельефа, вырезанные в поверхностных обнажениях коренных пород. Основным направлением науки геоморфологии является эрозия, поэтому геоморфология является особенно подходящей перспективой, с которой можно подойти к проблеме формирования тележечных колей, и позволяет внести особый вклад в изучение этих интригующих форм рельефа.
Учёные выехали в поле и произвели замеры тележных следов. В результате было выяснено следующее:
* Колеи возникают в виде парных параллельных канавок, прорезанных в коренной породе, простирающихся до нескольких сотен метров в длину.
*Каждая пара колей имеет постоянный калибр (расстояние друг от друга) - около 1,40 м, хотя эта величина может незначительно отличаться между колейными парами.
* Ширина колеи колеблется от 0,04 до 0,10 м, с переменной глубиной до максимума = 0,675 м.
* В поперечном сечении они обычно представляют собой v-образные каналы с закруглённым дном; самые крупные колеи, как правило, имеют прямоугольное коробчатое сечение.
* Поперечные сечения некоторых колей демонстрируют несколько канавок с двумя или тремя канальными этажами и всегда повторяются в обоих элементах пары колей.
* На местном уровне, чтобы избежать препятствий, колеи могут отклоняться.
*В более широком контексте рытвины часто чётко связаны с основными ландшафтными особенностями, такими как кольцевые или скальные склоны.
* Концентрации колейных образований могут возникать в региональных узлах маршрута, особенно в местах пересечения высот.
* Колеи могут быть прерывистыми в плане, часто наклонными к контурам и демонстрировать сходящиеся или пересекающиеся узоры (анастомоз), а в случае древних карьеров - параллельные узоры (Рис.3).
Чтобы изследовать прочностные характеристики пород, их взвешивали в естественном и высушенном состоянии, определяли их твёрдость с помощью склерометра Шора, подвергли изпытанию на одноосном компрессионном аппарате (определяли прочность на осевое сжатие). В результате были получены низкие значения по образцам Bingemma, ˙и очень низкие плотности по Клэпхему. Другими словами, эти известняки очень чувствительны даже к небольшим физическим нагрузкам. Особенно пониженой прочностью отличаются известняки при насыщении их водой.
Интересные результаты получились при изучении пород, поверхность которых покрывали лишайники. Так более стойкие известняки Naxxar, которые сами по себе - более прочная порода, имеют поверхностную твёрдость, уменьшенную за счет покрытия лишайником, тогда как чрезвычайно слабый материал - известняк Clapham за счёт покрытия лишайником только усиливается. В последнем случае лишайниковое покрытие повышает устойчивость породы к эрозии и тем самым действует в качестве поверхностного защитника.
Затем был предпринят обратный инжиниринг, чтобы смоделировать вероятный характер транспортных средств, участвующих в формировании колей. Для этого (в соответствии с прочностными характеристиками) было определено, что из двух возможных вариантов разрушения - от осевой нагрузки колеса и сдвиговой нагрузки саней, вторая для местных известняков - более эрозионна. То есть, известняки хуже сопротивляются истирающему воздействию саней, чем качению колёс.
С учетом всего выясненного при изпытаниях, стало возможным спроектировать транспортное средство, способное создавать такие колеи; этот процесс известен как обратный инжиниринг.
Форма поперечного сечения колей является следом транспортного средства, и предоставляет существенные подсказки относительно морфологии повозочного компонента, который эти самые колеи вырезал. Форма поперечного сечения на участках колеи существенно различается, особенно в отношении ширины. Это не должно вызывать удивления, так как боковое перемещение незакреплённых колес или боковое изтирание линейными направляющими, закругленными по кривой, приведет к боковому увеличению ширины колей. Наиболее точное свидетельство формы колеса или бегуна представлено наиболее ограниченными (самыми узкими) поперечными сечениями, которые наиболее близко представляют форму транспортного компонента, который их сформировал. Глубокие и узкие колеи (по причине их природы) трудно точно измерить в поперечном сечении. Тем не менее, в Нашшаре, в скалистом жёлобе (рис. 4) в разрезе видны колеи от тележки (рис. 4).
Поскольку эти колеи проходят поперёк склона, имеющего уклон приблизительно 5 °, истинное основание формы эрозионной колеи слегка смещено в направлении вверх. Форма поперечного сечения размытой колеи представляет собой каньон, сужающийся вниз с линейными сторонами, которые резко переходят в слегка округлое дно шириной около 40 мм. Свидетельство из нескольких мест в Naxxar подтверждает это значение как минимальную ширину базальной колеи.
Поскольку прочность материалов поверхности определяет их устойчивость к напряжениям и указывает величину приложенных напряжений, необходимых для их разрушения, полученные прочности местных известняков позволили произвести расчёт массы транспортного средства и формы сцепления (качение или волочение).
Учёные рассмотрели три варианта транспортных средств: сани на деревянных полозьях, сани на деревянных полозьях, укреплённых по низу каменными пластинами, телегу на колёсах. Второй вариант был отброшен сразу же, ибо форма колей в узких местах противоречила этому варианту. Деревянные полозья при движении по камням также быстро изтирались. Кроме того, полозья имеют длину, которая обязательно отобразилась бы на форме стенок и дна колеи. Оставались лишь колёсные телеги с деревянными колёсами, возможно, оббитыми железными обручами.
Издавна на Мальте применялись двухколёсные тележки. Их-то и разсмотрели учёные. Оказалось, что максимальная прочность на сжатие древесины ряда лиственных пород лежит в диапазоне от 40 до 60 МПа. Это значительно превышает прочность на сжатие пород Клэпхем и Бингемма. Поэтому в результате прокатки местный известняк будет разрушаться скорее, чем дерево. А вот для известняка Нашшар картина иная. Прочность известняка и дерева оказались равными.
Традиционная для Мальты двухколёсная тележка является самым простым транспортным средством. Сначала рассматривалась тележка с колёсами радиусом 60 см, соответствующая расстоянию между колеями (1.4 м). Предположив, что такая повозка была полностью сделана из древесины (плотностью 500 кг/м3), вычислили её собственный вес. Он оказался примерно 254.5 кг или около четверти тонны.
С учётом коэффициента концентрации напряжений (понижающего возможную неразрушающую нагрузку в 10 раз), получили критический вес транспорта (состоящий из собственного веса + веса груза). Оказалось, что даже одного веса тележки достаточно для того, чтобы вызвать эрозию на поверхности известняка Клэпхем. В Бингемме и Нашшаре при сухой почве тележку нужно загрузить соответственно 0.636 и 0.956 тонн. При отсыревании известняка эти величины снижаются, и бингеммские известняки пасуют даже перед порожней телегой. Держится только нашшарская порода (выдерживает телегу весом 0.665 т). Получается, что в местах, изборождённых колеями порода настолько слаба, что её легко прокатать телегами.
Наблюдение за стенами колеи во время этого изследования не дало никаких доказательств или даже намеков на человеческую деятельность, связанную с преднамеренным вырезанием колей (отсутствовали метки ручного высечения с помощью инструмента). Поэтому учёные вынесли вердикт, что колеи были созданы просто путём многократного проезда транспортных средств, имеющих форму двухколёсных тележек.
Массовые замеры глубины колей показали, что их максимальная глубина обусловлена дорожным просветом телег - 0.675 см (для диаметра оси 10 см и диаметра колеса 1.45 м). Как только та или иная колея, которой пользовались, заглублялась "по уши", немедленно осваивали новую трассу.
В статье есть ещё одно интересное соображение. Дело в том, что поверхностный рельеф подстилающего слоя не всегда соответствует поверхностному рельефу верхнего слоя известнякового "пирога". Поэтому из трасс колей видно, что те, кто намечал новый маршрут, не видел то, что лежало под верхним слоем почвы до тех пор, как оно не обнажалось. Поэтому маршруты идут прямо к порогам, ступеням, например, высотой до 0.5 м, и выступам нижележащих скал, не смотря на то, что рядом лежит более удобный, казалось бы склон. Так было выяснено, что первоначальные маршруты были выбраны на поверхности почвы без учёта неровностей рельефа погребённого скального грунта (нижележащего известнякового пласта).
Это свидетельство настоятельно подтверждает первоначальное присутствие почвенного покрова, скрывающего истинную природу топографии каменистой головки и связанных с ней опасностей. Топография нижележащих пластов стала видимой только в результате эрозии, вызванной движением людей и транспортных средств. В результате чего сквозь существующие тележечные пути постепенно появлялась грубая и скалистая поверхность.
Согласно выводам изследователей, для объяснения образования колей нет необходимости ссылаться на транспортировку таких гигантских камней, как мегалиты, чтобы создать достаточную силу для эрозии колеи. Скорее всего, это была транспортировка местных материалов, в том числе продуктов для торговли, плодородной почвы, камня для строительства и воды. Геоморфологические данные свидетельствуют о том, что дорожки были сформированы в период эрозии почвы острова. Именно в таких условиях окружающей среды почва становится дефицитным ресурсом, и возникает необходимость её сохранения путём транспортировки для создания искусственных полей (на Мальте это земледельческие террасы).
Хотя в других местах средиземноморского региона существуют ограниченные случаи похожих колейных путей, они нигде не встречаются в таком изобилии, как на мальтийских островах. Возможно, что особенно низкая механическая прочность местных пород является существенным фактором, способствующим этой локальной концентрации. Поэтому уникальность этой концентрации может быть базирована на факторе окружающей среды, а не на культурном факторе. Однако именно эта уникальность в наибольшей степени подкрепляет утверждение Шнайдера, что эти объекты заслуживают статуса всемирного наследия.
По материалам научной статьи
The cart ruts of Malta: an applied geomorphology approach
Derek Mottershead, Alastair Pearson & Martin Schaefer
Кстати, благодарю Евгения Медникова за ссылку на ролик. Не важно, что речь в основном про антропологию, ведь про науку в целом Станислав Дробышевский очень правильно отвечает :о)
Оценили 35 человек
58 кармы