Піщані дюни можуть 'спілкуватися' один з одним
Пісокдюнизвичайно, вони не живі, але вони мають спільні риси, характерні для живих істот. Вонирухатися, що мігрують по землі через вітер, що дме або тече вода. Тепер - за допомогою експериментальногоіподром «дюни»- Вчені кажуть, що вони зробили величезний крок уперед у поясненні того, як піщані дюни також взаємодіють і «спілкуються» між собою. Вони дізналися, що, коли піщані дюни рухаються, вони відштовхують своїх сусідів за течією.
Дослідники з Кембриджського університету,оголошеноїхні висновки 4 лютого 2020 року тарецензованийдослідницька робота булаопублікованотого ж дня вФізичні оглядові листи.
Загальновідомо, що активні дюни мігрують. Швидкість їх руху залежить від їх розміру: менші дюни рухаються швидше, а більші - повільніше. Але як взаємодіють дюниодин з однимце те, що до цього часу не було добре задокументовано. ЯкКароль Бацик, перший автор статті, пояснював у азаяву:
Існують різні теорії взаємодії дюн: одна з них полягає в тому, що дюни різного розміру будуть стикатися і продовжувати стикатися, поки вони не утворюють одну гігантську дюну, хоча цього явища в природі ще не спостерігалося. Інша теорія полягає в тому, що дюни можуть зіткнутися і обмінятися масою - начебто більярдні кулі, що відскакують одна від одної, - поки вони не стануть однакового розміру і не рухатимуться з однаковою швидкістю, але нам потрібно перевірити ці теорії експериментально.
Тепер обидва ці можливі пояснення вважаються малоймовірними, принаймні на думку цих дослідників. Згідно зНаталі Френд, який керував новим лабораторним дослідженням:
Ми виявили фізику, яка раніше не була частиною моделі.
Піщані дюни в пустелі Сахара. Зображення через iStockphoto/ Thinkstock/Британська енциклопедія.
Більшість робіт із моделювання поведінки піщаних дюн виконується чисельно, але ці дослідники побудували спеціальну установку -іподром «дюни»згадане вище - саме для цих експериментів. Це дозволило їм вивчити довгострокову поведінку дюн. Вони використовували кругове заповнення водоюфлюм-рукотворний канал для води-який годинами спостерігає за рухом дюн у ньому, коли обертається струмок. Вони сказали, що круговий резервуар був кращим, ніж використання звичайних прямих димоходів, оскільки в прямому потоці за дюнами можна було спостерігати лише до тих пір, поки вони не досягнуть кінця танка.
Дослідники також використовували високошвидкісні камери, за допомогою яких вони могли відстежувати переміщення піску до масштабу окремого зерна.
Бацик сказав, що спочатку він не мав на меті вивчати взаємодію між двома дюнами:
Спочатку я поставив у танк кілька дюн, щоб прискорити збір даних, але ми не очікували побачити, як вони почали взаємодіяти один з одним.
Їх заявапояснив:
… Дослідники помітили, що дві однакові дюни починаються близько один до одного, але з часом вони все більше і більше віддаляються. Ця взаємодія контролюється турбулентними завихреннями від висхідної дюни, які відштовхують низу за течією.
Дюнове поле - регіон з багатьма піщаними дюнами близько один до одного - в пустелі Сахара. Зображення через Goodshoot/ Jupiterimages/Британська енциклопедія.
Цей рух вниз за течією є нормальним, пояснили дослідники, оскільки - коли пісок піддається впливу вітру або проточної води - він має тенденцію утворювати форму дюн і поступово рухатися вниз за течією, як у річці. Це може статися в пустелях, на дні річок і навіть на морському дні. Як правило, багато дюн утворюються в регіоні, створюючидюнне поле.
На початку цього експерименту вчені спостерігали більш дрібні деталі, ніж будь -коли раніше. Вони помітили, що дві дюни в потоці можуть мати однакову форму та об’єм. Коли вода почала текти над дюнами, вони почали рухатися, як і очікувалося.
Але потім сталося щось несподіване. Дослідники думали, що побачать дюни, що рухаються з однаковою швидкістю. Натомість дві дюни почали рухатися з різною швидкістю. Дюна попереду спочатку рухалася швидше, ніж дюна позаду неї, але потім вона поступово сповільнювалася, поки обидві дюни не рухалися приблизно з однаковою швидкістю.
Саме цю змінну швидкість руху один щодо одного ці дослідники називають «спілкуванням». Ключовим зауваженням при поясненні цього явища стала картина течії через дюни. Передня дюна відхиляє потік, створюючи закрутки на дюні за нею. Це відхилення відштовхує задню дюну далі від передньої дюни, ефективно уповільнюючи рух задньої дюни щодо передньої дюни. Як Vriendпояснив:
Передня дюна породжує візерунок турбулентності, який ми бачимо на задній дюні. Структура потоку за передньою дюною схожа на сліди за човном і впливає на властивості наступної дюни.
Чим довше тривав експеримент, тим більш віддаленими були дві дюни. Зрештою вони утворилирівновагу- стан урівноваженості - на протилежних сторонах димоходу, де вони потім залишалися на 180 градусах один від одного.
Край дюни Наміб, частина поля дюн Баньольд у кратері Гейл на Марсі, як її бачив марсохід Curiosity у 2015 році. Зображення за допомогою NASA/ JPL-Caltech/ MSSS/Томас Апере.
Хоча в експерименті використовувалася вода для переміщення піщинок, дослідники кажуть, що результати, ймовірно, можна застосувати і до дюн з вітром. З паперу:
Ми припускаємо, що подібний механізм може бути присутнім у дюнах з вітром, що потенційно пояснює спостережувану стійкість полів дюн у різних середовищах.
Висновки можуть бути корисними для спроб відвернути міграцію великих дюн у разі потреби, наприклад, коли вони зазіхають на населені райони. Це можна зробити, відстежуючи переміщення скупчень дюн протягом тривалих періодів, використовуючи як наземні спостереження, так і супутникове зображення. Таким чином, майбутні рухи дюн можна було краще передбачити заздалегідь.
Було б також цікаво подивитися, чи можуть ці спостереження стосуватисяпіщані дюни на інших планетах або місяцях, такі як Марс і Титан. Обидва світи мають великі простори дюн, які в чомусь дуже схожі на дюни на Землі. Титани були побачені тільки над атмосферою, за допомогою зондів Кассіні та Гюйгенса, але на Марсі ровери та десанти змогли побачити їх зблизька і навіть покопатись у них та взяти проби піску для аналізу. Також відомо, що Венера і навіть Плутон мають власні дюни. На Плутоні «пісок» єскладається з метанових частинок льоду. Як це круто? Буде цікаво подивитися, чи спілкуються ці потойбічні дюни подібно до своїх земних побратимів.
Кароль Бацик, перший автор нової наукової роботи. Зображення черезLinkedIn.
Підсумок: нове дослідження показує, що піщані дюни можуть 'спілкуватися' один з одним під час руху.
Джерело: Дальнє відштовхування водних дюн, викликане пробудженням