Como se formam os arcos e pilares de arenito?

Muitos dos monumentos mais belos que conhecemos não são esculpidos pelas hábeis mãos de um artista, mas arquitetados pela ação das forças da natureza. Exemplos disso são os elegantes pilares, arcos e alcovas esculpidos no arenito, encontrados do sudoeste da América do Norte à Europa central. Mas, afinal, como se formam essas estruturas?

Há muito se acredita que a ação do vento e da água, por si só, tende a moldar a rocha e a dar-lhe esses formatos exóticos. No entanto, uma nova pesquisa, publicada no periódico Nature Geosciences, sugere que tais formatos são inerentes à própria rocha, sendo a conclusão de um ciclo de pressão gravitacional e erosão.

De acordo com Jiri Bruthans, líder do estudo e hidrogeólogo da Universidade Carolina de Praga, na República Tcheca, a erosão retira o material excessivo, “mas não faz a forma”. Para ele, os processos de erosão são apenas uma ferramenta que se combina com propriedades mais fundamentais da rocha.

Campos de tensão

Enquanto realizava trabalho de campo em uma pedreira na República Tcheca, Bruthans observou que pequenos arcos e pilares (de, no máximo, 60 cm de altura) se formavam a partir do arenito em questão de meses ou anos, muito menos tempo, portanto, do que seria necessário para formar arquiteturas geológicas de grande escala. Então, Bruthans e seus colegas concluíram que os processos responsáveis por aquelas estruturas estavam em andamento, podendo ser isolados e analisados em laboratório.

Os cientistas extraíram cubos de arenito da pedreira e, sobre estes, puseram pesos utilizados para simular a tensão vertical que os grãos de areia que compõem a pedra suportam a partir das rochas que se encontram acima deles. Então, os cubos foram expostos a fatores ambientais também simulados, como chuva, vento, neve e inundações (vídeo abaixo). Um grupo controle de cubos foi exposto a condições ambientais semelhantes, porém, sem contar com o peso acoplado ao topo dos demais blocos de arenito.

Constatou-se que os cubos do grupo controle, sem tensão vertical, gradualmente se desintegraram em grãos. Por outro lado, sob a tensão vertical, os demais cubos perderam camadas de material e lentamente se transformaram em pilares, arcos e alcovas (câmaras cavadas na rocha). Como o arenito da pedreira tcheca não possui qualquer cimento mineral natural capaz de atar os grãos, os pesquisadores desenvolveram a tese de que a tensão imposta sobre o arenito faz com que os minerais se unam e preservem a rocha.

Assim, foi criado um modelo numérico que confirmou a tese dos pesquisadores. Segundo o modelo, o peso é suportado de maneira desigual entre os grãos do arenito — alguns grãos são mais carregados que outros —; conforme a água e o vento removem camadas de areia, fica cada vez mais difícil retirar os grãos, que passam a suportar cada vez mais peso, dificultando a erosão. Bruthans compara o processo a um muro de tijolos: é fácil tirar um tijolo do topo do muro, mas difícil tirar um da parte de baixo, porque suporta muito peso.

O modelo provido pela equipe revelou que as formas resultantes se devem aos campos de tensão aplicados na rocha, o que se verificou em formações naturais como o Arco Delicado (imagem acima), localizado no Parque Nacional dos Arcos em Utah, nos Estados Unidos. Alan Mayo, hidrogeólogo da Universidade Brigham Young em Provo, Utah, e coautor do estudo, diz que uma visita a determinada região desse parque — onde têm havido diversas quedas de rochas — ajudou a confirmar a teoria. “Observamos os blocos no solo, e eles estavam completamente desintegrados”, diz, uma vez que haviam perdido a tensão crucial para a sustentação.

A ausência de minerais que ajam como cimento não é uma característica comum ao conjunto dos arenitos, de maneira que Bruthans e seus pares recolherem amostras de rocha de outros locais e as submeteram às mesmas análises. O resultado: os cubos naturalmente “cimentados” estão sujeitos às mesmas forças de tensão, desintegrando-se em contato com os agentes da erosão quando desprovidos do peso vertical, e produzindo as mesmas estruturas geológicas geradas pelos cubos de arenito anteriores em condições semelhantes de sustentação de peso.

“Não devemos dizer”, afirma Bruthans, “que a erosão ou o clima entalharam as formas”, pois foi o campo de tensão quem lhes deu os formatos; os processos de erosão são “controlados pela tensão”, completa.

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