Natūralios arkos ir tiltai, kolonos, skliautai ir kiti egzotiški smiltainio dariniai žavi savo nepaprasta forma ir absoliučiai nesuprantamu stabilumu. Jie visada buvo netikėtumo ir smalsumo šaltinis daugeliui mokslininkų kartų, o paprasti žmonės kartais šias statulas imdavo senovės civilizacijų ar net ateivių „sveikinimams“. Apskritai buvo aišku, kad jų pagrindiniai architektai buvo vėjas, vanduo ir saulė, tačiau dar visai neseniai jų nereikšmingų formų priežastis liko paslaptis.
Pirmąjį tvirtą eksperimentinį ir teorinį erozijos mechanizmų, kuriais grindžiami natūralių arkų susidarymas, tyrimą atliko Prahos Karolio universiteto matematikai. Jie nustatė, kad formos atsiranda dėl unikalaus smėlio grūdelių organizavimo smiltainio sluoksniuose proceso. Mokslininkai iškėlė hipotezę, kad natūrali erozija pašalina visų pirma neįtemptą medžiagą, o tai „neveiksminga“krūvio pasiskirstymo prasme. Tokio elgesio priežastis slypi sausos trinties dėsnyje - kuo stipresnės medžiagos dalelės suspaudžiamos šalia esančių medžiagos sluoksnių, tuo sunkiau jas atskirti.
„Skoltech“tyrėjus sužavėjo Prahos kolegų idėja ir jie toliau tyrinėjo tokių struktūrų susidarymo mechanizmų klausimą. Jie nusprendė pažvelgti į erozijos reiškinį kaip į formos optimizavimo procesą (formos optimizavimas dabar plačiai naudojamas šiuolaikinėje pramonėje, kai inžinieriai ir architektai pagerina savo statomų konstrukcijų formą ir struktūrą, kur vienu metu reikia ir stiprumo, ir mažo svorio). Tada, norėdami patikrinti savo idėją, mokslininkai sukūrė matematinę programą, aprašančią vėjo erozijos procesą, ir su jos pagalba pastatė arką, naudodamiesi kompiuteriniu smiltainio sluoksnio modeliu. Smiltainio modelį sudarė daugybė beveik nesusijusių kubelių, veikiančių kaimynus tam tikra jėga. Jei ši jėga viršijo tam tikrą vertę, vėjas negalėjo išjudinti „kubo“iš savo vietos,priešingu atveju jis dingo iš rezervuaro po tam tikro laiko, praneša „RIA Novosti“.
Eksperimentuodami su šiuo modeliu, Rusijos mokslininkai patvirtino kolegų iš Čekijos idėją ir atskleidė kelis fizinius principus, paaiškinančius, kaip gimsta kolonos ir arkos. Savo bendriausia forma jie parodė, kad vėjas atlieka tam tikro „kompiuterio“vaidmenį, bandydamas suformuoti smiltainio sluoksnį tokia forma, kad jo viduje kauptųsi minimalus elastingos deformacijos energijos kiekis, palaipsniui ir netyčia pašalindamas silpniausius elementus iš konstrukcijos.
Iš pradžių šis procesas vyksta greitai, tačiau praėjus keliems šimtams metų, kai kolonos ar arkos forma jau artėja prie idealo, erozija smarkiai sulėtėja, nes beveik visi „kubeliai“pradeda labai tvirtai kabintis vienas į kitą. Dėl to tikros kalnų arkos ir kolonos milijonus metų gali egzistuoti beveik nepažeistos formos.
Tokios išvados svarbios ne tik inžinieriams ir geologams, bet ir žmonėms, ieškantiems nežemiškos gyvybės pėdsakų. Dabar, kaip pabrėžia rusų matematikai, tokios struktūros, kurias, pavyzdžiui, galima atrasti Marse, iš esmės negalima laikyti nežemiškų civilizacijų pėdsakais.