A livello globale, piuttosto rari, gli archi di roccia naturale evocano un senso di intrigo e stupore ogni volta che gli umani li incontrano. Questi archi di pietra sopra lo spazio vuoto - spesso nudi, a volte drappeggiati nella vegetazione - dimostrano i poteri terreni degli agenti atmosferici e dell'erosione. Gli archi, che per definizione più ampia includono anche i ponti di roccia, si sono sviluppati in una varietà di ambienti e situazioni - dal deserto del Sahara all'entroterra del sud-ovest americano - ma molte condividono la geologia di base retroscena.
Intemperie e archi
Insieme allo spreco di massa e all'erosione, l'erosione è uno dei tre principali processi geologici di denudazione, mediante i quali la roccia viene scomposta e trasportata. Gli agenti atmosferici tecnicamente coinvolgono forze meccaniche, chimiche e biologiche che smantellano la roccia, ma queste forze no’ rimuovere ampiamente i frammenti risultanti - una "pulizia" è compiuta dalla gravità, come nello spreco di massa, o dall'acqua e dal vento, come nell'erosione. L'invecchiamento è uno strumento primario con cui vengono scolpiti gli archi, spesso attraverso l'esfoliazione, dove interi piatti e riccioli di rocce che si staccano, formando alla fine "finestre" e infine, forse, enormi buchi - e l'acqua è l'agente principale.
incuneamento
Una forza preminente che crea archi sia in ambienti aridi che non aridi è l'incuneamento del gelo, una sorta di invecchiamento meccanico. L'acqua gocciola nelle giunture naturali della roccia e si congela nel ghiaccio, allargando la frattura. Dopo che il ghiaccio si è sciolto, l'acqua liquida penetra più in profondità nella massa rocciosa per congelarsi e fare leva. Nel corso dei millenni, tale incuneamento del gelo può sventrare una parete rocciosa per formare un arco. Un processo correlato, l'incuneamento del sale, è notevole nei deserti: l'acqua evapora dalle foglie delle fessure della roccia dietro cristalli di sale che, come il ghiaccio, possono esercitare una forza che diventa inesorabile e smantellante oltre tempo
Erosione e archi
L'acqua agisce anche come forza erosiva per creare archi. L'erosione è un processo di denudazione distinto dall'erosione; oltre a rompere attivamente la roccia stessa, l'erosione trasporta anche i frutti degli agenti atmosferici - massi e ciottoli - lontano dalla loro fonte. Un flusso erosivo può scavare una rientranza sotto la roccia a strapiombo; se il torrente continua a scorrere sotto la sua opera, la campata rocciosa è detta ponte naturale, forma specifica di arco naturale. Lungo la costa, le onde dell'oceano possono erodere gli archi delle scogliere marine, come lungo la costa scozzese delle Orcadi o la costa occidentale degli Stati Uniti.
Altri processi
Altre azioni geologiche possono preparare il terreno per la formazione di archi atmosferici. Ad esempio, nel Parco nazionale di Arches, nel sud-est dello Utah, che contiene la più grande collezione al mondo di morfologie, faglie di l'arenaria sovrastante a causa dell'instabilità dei letti di sale sottostanti ha prodotto giunti rocciosi ed esposizioni che hanno reso gli strati più vulnerabili a agenti atmosferici. Gli agenti atmosferici chimici spesso lavorano insieme agli agenti atmosferici meccanici per creare archi, come quando l'acqua piovana acidificata dissolve la roccia carbonatica. I geologi in passato hanno erroneamente individuato il vento come uno dei principali agenti di erosione che formano archi, ma ricerche successive suggeriscono che non è così. Il vento probabilmente non forma archi di roccia ma può lucidare e forse espandere quelli esistenti attraverso l'abrasione della sabbia trasportata dal vento, oltre a rimuovere minuscoli detriti atmosferici.