Прояснен механизм образования дюн «запрещенного» размера

Ученые теоретически описали, как образуются редко встречающиеся в природе регулярные песчаные структуры — нечто среднее между дюнами и рябью на их поверхности. В результате работы оказалось, что такие образования, размер которых составляет около одного метра, больше всего напоминают миниатюрные дюны и появляются при специфических условиях, таких как смесь песчинок двух размеров. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Взаимодействие ветра и песка обычно приводит к формированию двух типов регулярных песчаных структур — дюн размером от десятков до сотен метров и ряби с характерной периодичностью в несколько сантиметров. Повторяющиеся песчаные наносы промежуточного размера встретить очень сложно, из-за чего физики называют это «областью запрещенных длин волн». Дюны образуются из-за того, что ветер несимметрично обтекает препятствия — поток достигает наибольшей скорости не на вершине холма, а чуть раньше. Так как максимальная масса переносимых песчинок зависит от скорости ветра, то некоторые частицы выпадают из слегка ослабшего на вершине потока, из-за чего дюна и растет.

Ветер прерывисто переносит песок: частицы поднимаются в воздух, пролетают несколько десятков сантиметров и опускаются на поверхность. Для дюн длиной меньше десяти метров это расстояние превышает дистанцию между областью наиболее сильного потока и гребнем, из-за чего песчинки не накапливаются на вершине, и подобные образования — физики назвали их «мегарябью» — быстро разрушаются. Однако в некоторых местах мегарябь все-таки образуется. Тем не менее, такие «недодюны» отличаются от обычной ряби тем, что в их строении нет строгой периодичности, кроме того они обычно состоят из крупнозернистого песка. Такая избирательность не вписывается в стандартную теорию.

В новой работе физики из Германии и Израиля предлагают рассматривать мегарябь как миниатюрные дюны, возникающие в условиях необычного распределения песчинок по размерам, когда большую их часть составляют два типа частиц: мелкие, легко переносимые ветром, и крупные, медленно двигающиеся за счет ударов со стороны мелких. По сравнению с мелкими большие песчинки оказываются более чувствительны к тому, что скорость ветра на более мелких масштабах неоднордна. Тем не менее, в отличие от настоящих дюн, мегарябь может разрушить штормовой ветер, способный поднять в воздух даже крупные частицы.

Авторы подтвердили результаты, изучая мегарябь в израильской пустыне Негев. Также физики отмечают, что результаты могут пригодиться в других областях науки, например, в геологии, при изучении окаменевших следов мегаряби, или в астрономии — для определения условий на небесных телах, где наблюдаются подобные структуры.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.