100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему не рассыпаются песчаные дюны?

Загадка "пения", перемещения и образования песчаных дюн

Как появляются песчаные дюны? Какими большими они вырастают и как быстро движутся? Все самое главное о дюнах в реальном мире, на нашей планете и на соседних.

Песок – совсем не то, чем кажется. У него нет определенного химического состава, и песком называют мелкозернистую породу самого разного происхождения. Большая часть его образуется из кварца – диоксида кремния, чрезвычайно широко распространенного в литосфере нашей планеты.

Однако бывает песок, состоящий из частиц гипса (сульфата кальция), из останков раковин и скелетов кораллов (карбоната кальция), черный песок вулканической пемзы, зеленый – оливиновый и т.п. На пляжах Нормандии, которые после высадки англо-американского десанта в 1944 г. оказались завалены гильзами и прочим металлом, встречается железный «военный песок».

Главное в песке – не состав, а величина твердых частиц.

Их размеры составляют от 0,6 до 2 мм, позволяя умеренному ветру переносить их, но не так легко, как частицы сажи, намного более мелкие и подолгу остающиеся в воздухе. Поднятые песчинки бомбардируют поверхности горных пород, вызывая их выветривание, а кое-где накапливаются многометровым слоем. Схожие явления происходят на дне проточных водоемов. Если оно покрыто песком, то течение воды обязательно создаст на поверхности бугристый рисунок. Но у нас на суше такие процессы называются эоловыми, от имени древнегреческого бога ветра, и ярче всего они проявляются в пустынях.

«Полная луна над красными дюнами» – один из фотопейзажей Чарльза О'Рира, включенных в стандартный комплект «обоев» для MS Windows XP. Снимок был сделан в пустыне Калахари и поначалу даже использовался в качестве «обоев» по умолчанию. Однако его удалили после жалоб некоторых пользователей на то, что картинка слишком напоминает им ягодицы. В результате дюны заменила безмятежная зелень на фоне голубого неба – знаменитая «Безмятежность».

Незащищенная растительностью поверхность земли с трудом переживает сильные контрасты температуры. Твердые породы трескаются, а ветер усугубляет их разрушение. Он быстро уносит самые мелкие пылевые частицы, а оставшиеся складывает в холмистые дюны. Их рост вызван вполне понятными причинами: если песчинка падает на твердую ровную поверхность, она легко сносится даже легким дуновением. А вот с рыхлой поверхности, где частицы лучше сцепляются друг с другом, перенос происходит медленнее, и песок аккумулируется. Дюны приобретают разную форму, самые распространенные серповидные называются барханами.

Самые большие дюны тянутся на многие десятки километров, их легко видно космонавтам с орбиты МКС. В некоторых случаях их высота достигает сотен метров – в пустынях Сахара и Намиб известны песчаные холмы около 400 м от основания. Крупнейшая в России дюна Сарыкум находится в Дагестане и насчитывает 262 м, а дюна Эфа на Куршской косе – 65 м. Но даже такие горы – вещь непостоянная. Дюны порождает ветер, и он же их непрерывно подтачивает, унося частицы дальше в полет.

Читайте так же:
Солнце, планеты и гравитация – описание, фото и видео

Дюнный спорт

Дюнный спортBongani2, Wikimedia Commons

Во многих странах мира проходят соревнования по «сэндбордингу», езде на сноуборде с песчаных дюн и барханов. По некоторым данным, так развлекались еще жители Древнего Египта и Китая, задолго до нашей эры. Сегодня главной проблемой для любителей этого экзотического вида спорта остается подъем в гору. Установить подъемник на подвижном песке, как правило, невозможно, и карабкаться вверх приходится на своих двоих, либо садясь на небольшие проходимые багги.

Скорость движения дюн обратно пропорциональна их размерам, но даже самые большие постоянно движутся, обычно за год преодолевая несколько метров. Наползая на препятствие могут разрушаться – и разрушать сами.

В 1870-х такая дюна похоронила городок Сингапур в американском штате Мичиган. Как дюны взаимодействуют, сближаясь друг с другом, остается в точности неизвестным. Согласно некоторым моделям, они могут сливаться, образуя общую более крупную дюну. Согласно другим, они лишь обмениваются песчинками, благодаря чему постепенно приобретают одинаковый размер, а скорости движения выравниваются.

На второй вариант указывают проведенные не так давно лабораторные эксперименты. Создав в герметичной емкости пару миниатюрных дюн, ученые проследили, как потоки воздуха, срываясь с задней дюны и ударяясь в переднюю, образуют закрученный вихрь, который постепенно выравнивает их размеры и скорости. При определенных условиях (в зависимости от размера и состава песчинок, скорости ветра и влажности воздуха) этот процесс сопровождается возникновением звука, обычно на частоте около 450 Гц (примерно нота «ля»). Феномен «поющих дюн» связан с синхронизацией колебаний частиц, хотя в точности он до сих пор не объяснен.

Igor Smolyar, NOAA/NESDIS/NODC

Иногда дюны оказываются похоронены под новыми слоями осадочных пород. За миллионы лет под огромным давлением они окаменевают (литифицируются), образуя весьма необычный ландшафт – как, например, в знаменитом Национальном парке Сион в штате Юта. На снимке видны поперечные напластования песчаника – останки древних дюн мезозойской эры.

Дюны существуют и на других небесных телах, включая Марс с его разреженной атмосферой. А дюны на спутнике Сатурна Титане могут достигать высоты в 100 м и складываться частицами замороженных углеводородов. Они обнаруживаются даже на ледяном Плутоне и состоят из метана, – хотя прежде ученые считали, что его атмосфера слишком слаба для того, чтобы переносить такой «песок».

Песчаные дюны оказались способны образовывать пары на расстоянии

Британские физики теоретически и экспериментально изучили вопрос о взаимодействии песчаных квазидвумерных дюн на расстоянии. Они показали, что в случае сильно неравновесных условий дюны могут образовывать асимметричные пары, чего не предсказывала ни одна, ранее предложенная модель. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Песчаные дюны обязаны своим существованием ветру. Благодаря ему же дюны медленно, со скоростью от нескольких метров до нескольких десятков метров в год, перемещаются. Это становится проблемой, поскольку таким способом дюны могут опустынивать поля и пастбища, засыпать дороги и населенные пункты. С другой стороны, наблюдая за дюнами, ученые связывают их поведение и форму с климатом и погодными условиями. Это знание может быть полезным при изучении других планет, например, Марса или Плутона, где возникают дюны.

Читайте так же:
Почему корабли не тонут? Описание, фото и видео

Моделирование дюн, однако, не поддается прямому вычислению, поскольку для этого нужно одновременно учитывать сложные законы механики дисперсных систем и аэродинамики. Вместо этого физики используют эмпирическую параметризацию, представляя отдельные дюны как некие дискретные объекты, взаимодействующие друг с другом. Большинство исследований концентрируется на столкновениях таких объектов, делая похожими их поведение на поведение бильярдных шаров. Однако существуют свидетельства того, что дюны могут взаимодействовать на расстоянии за счет потоков частиц, чего существующие модели не учитывают.

Кароль Бачик (Karol Bacik) с коллегами из Кэмбриджского университета попытались разобраться в этом процессе с помощью подводных квазидвумерных дюн, зажатых в тонкий кольцевой слой. Такие дюны оказались хорошим лабораторным аналогом протяженных прямых дюн, чей срез описывается похожими законами. Кроме того, такие дюны проще исследовать теоретически.

Схема экспериментальной установки

K. A. Bacik et al / Physical Review Letters, 2021

Чтобы ввести условия для перетекания массы, физики перемешивали воду в слое с помощью лопастей, двигающихся по кругу. Дополнительно они вращали саму кольцевую камеру. Поскольку формы дюн проявляют самоподобие в большом диапазоне размеров, ученые параметризовали их с помощью координаты гребня и массы, которая связана с высотой гребня.

Авторы редуцировали размерность модели, изучая разницу между координатами и массами обеих дюн в безразмерной форме. Затем для этих двух параметров они записали и решили уравнение Экснера, которое описывает перенос массы в потоке жидкости, с периодическими граничными условиями. В процессе решения физики ввели параметр, который они назвали «эффективностью улавливания песка». Этот параметр определяет, сколько песка будет эффективно захвачено второй дюной. И хотя этот параметр не поддается прямому измерению, из общих соображений ясно, что он должен быть тем больше, чем больше скорость турбулентных потоков, которые экспериментаторы могут контролировать скоростью вращения камеры и лопастей, а также глубиной их погружения.

Расчеты показали, что этот параметр делит динамику системы на три разных случая в зависимости от того, как она стремится к равновесному состоянию, в котором обе дюны равны по размеру и расположены в кольце ровно напротив друг друга. При очень малом значении эффективности дюны выстраиваются в равновесную конфигурацию монотонно со временем. С ростом эффективности стремление имеет характер затухающих к точке равновесия осцилляций. Наконец, в сильно турбулентном случае динамика становится сильно нелинейной и нестабильной.

Для проверки результатов модели физики провели серию экспериментов, длительностью до 80 часов каждый, в течение которых фиксировали смещение гребней и их высот от времени, если стартовое состояние дюн отличалось от равновесного. Меняя глубину погружения лопастей, они обнаружили, что в первых двух режимах дюны ведут себя согласно предложенной модели. Третий режим они также обнаружили, но для этого авторы изначально помещали систему в положение равновесия, а затем следили, к какому состоянию (аттрактору) она стремится. Им оказалась точка в фазовой плоскости, соответствующая расстоянию между дюнами в четверть кольца и пропорциям их масс 4 к 7.

Читайте так же:
FILM CRASH: Как устроен независимый американский кинофестиваль

Тот факт, что положение аттрактора не следовало из теории, ученые связали с тем, что их модель учитывала только двустороннюю связь между дюнами. Дальнейший анализ показал, что это приближение работает только в небольшой окрестности точки равновесия, в то время как для других состояний связь может быть односторонняя или вообще отсутствовать. Учитывая этот факт, физики на примере частной траектории в фазовом пространстве показали, что аттрактор все же может возникать, однако такой подход не дает оснований утверждать, что полученная точка стабильна.

Физики надеются, что обнаруженные ими асимметричные структуры — это лишь первый пример дальнодействия двух дюн. В дальнейшем такие структуры, по их мнению, следует искать для большего числа дюн и в системах большей размерности.

Почва — это довольно сложный объект для физического моделирования. Несмотря на это, ученые регулярно строят новые полезные модели. Не так давно они объяснили появление параллельных бороздок на известняковых склонах и предложили зондировать земную кору с помощью колебаний почвы, создаваемых поездами.

Вопрос — ответ 161

Каждый день мы сталкиваемся с множеством вопросов. Ответы на одни вопросы находятся быстро и их решение происходит незамедлительно. А что делать если для решения вопроса требуется поиск дополнительных источников информации?

Именно для таких целей наша рубрика «Вопрос и ответ» — каждую субботу и воскресенье вы получаете ответы на интересующие вас вопросы.

Почему не рассыпаются песчаные дюны?

Вопрос — ответ 161

У них недостаточно крутые склоны

Существует критический угол, при котором с песчаного склона начинают сходить лавины. С наветренной стороны дюна пологая, и по ней ветер поднимает песок. С подветренной же стороны склон близок к критическому углу, с него периодически сходят небольшие лавины, за счет чего дюна перемещается. Но почему на ровной песчаной поверхности вообще образуются дюны? Оказывается, при определенном соотношении силы ветра и зернистости песка небольшие неровности растут, задерживая песчинки, которые несет вдоль земли ветер.

1230 метров — высота самой большой в мире песчаной дюны, обнаруженной на северо-западе Аргентины.

Чувствуют ли боль насекомые?

Вопрос — ответ 161

Этот вопрос остается спорным

Об ощущениях позвоночных мы можем судить хотя бы по аналогии с людьми. Если уколовшееся животное ведет себя так же, как уколовшийся человек, то, предположительно, оно ощущает то же самое. Конечно, это необязательно верно, но о других типах живых существ мы можем сказать еще меньше. У дрозофилы найдены нейроны, по функции и составу белков сходные с болевыми рецепторами человека. Однако и не доказано, и не опровергнуто, что насекомые испытывают физические страдания. Получив укол или обжегшись, они отстраняются от источника ощущений, но их восприятие боли должно существенно отличаться от нашего. Многие из них, получив серьезные повреждения (например, лишившись одной-двух ног), ведут себя так, словно ничего не случилось. А кузнечики сами отделяют конечности, если за них схватить.

Читайте так же:
Кухня из дерева своими руками

Отрезвляет ли пьяного ушат холодной воды?

Вопрос — ответ 161

Скорее имитирует отрезвление

Обливание холодной водой, а также купание в снегу ведет к выбросу адреналина из надпочечников. Действие этого гормона на нервную систему компенсирует некоторые последствия употребления алкоголя, в частности угнетение активности нейронов. Это ощущается как прояснение сознания и восстановление способности к координации движений. Однако адреналин расщепляется намного быстрее, чем алкоголь, его действие длится в лучшем случае десятки минут. Концентрация алкоголя в организме за это время изменяется мало, так что пьяный возвращается к прежнему состоянию. Тот же эффект может вызвать сильный испуг — в таких случаях говорят, что человек «протрезвел со страху».

Почему спутниковые тарелки направляют на юг?

Вопрос — ответ 161

Оттуда идет более устойчивый сигнал

Геостационарные спутники располагаются на высоте 36 тыс. км над экватором, и они все время остаются над одной точкой земной поверхности. Для наблюдателя с Земли их орбита поднимается с востока, имеет наибольшую высоту на юге и опускается к западу, где уходит под горизонт. Со спутников, расположенных южнее, приходит более четкий сигнал, поскольку на юге орбита выше, и значит, там меньше помех. Антенну можно направлять и на другие спутники, но на востоке и западе уверенного приема не будет.

Как будет выглядеть воздух в твердом состоянии?

Вопрос — ответ 161

Как голубоватый лед

Воздух — это смесь газов, в основном азота (78%) и кислорода (21%). Кристаллы азота бесцветные, а кислорода — ярко-голубые, поэтому замороженный воздух будет голубоватым. Однако температуры плавления и кипения азота и кислорода различаются, и при замораживании эти элементы будут в той или иной степени разделяться. В результате может образоваться не только однородный голубоватый лед, но и, например, белый азотный снег с вкраплениями голубых кислородных кристаллов, слой бесцветного азотного льда, постепенно переходящего в голубой кислородный, или смесь кристаллов разной степени окрашенности в зависимости от соотношения в них азота и кислорода.

Вернуться == Сообщить об ошибке? == Просмотров: 775 == Комментариев: 0 Автор: Бэкки

ИЛИ ПУСТЫНЯ, ИЛИ КАНИФОЛЬ

На морских побережьях естественно образование и накопление песка: вода прежде всего есть тот инструмент, который „точит камень", — т.-е., бесконечно работая над ним, перекатывая его обломки, постепенно растирает берега в песок.

На морских побережьях естественно и постоянно наличие ветра: он является, как результат неравномерного нагревания и остывания суши и моря. При этом ветер с моря всегда сильнее, чем ветер с суши: движущийся на море воздух не испытывает такого большого трения, как на суше. И ветер несет прибрежный песок от берега в глубь материка. Если движущийся песок встречает какое-либо препятствие, например, неровность почвы, камень, кустик и т. д., он начинает скапливаться у этого препятствия все больше и больше.

Читайте так же:
Шоколад может вызывать настоящую зависимость!

Вырастают песчаные холмы — дюны. Они не растут до бесконечности вверх; их высота 30 — 40, иногда, как редкость, 90 м. Дело в том, что тот же ветер все время срывает верхушки дюн, и сорванный песок падает затем сейчас же за дюной, — дальше от берега; кроме того, песок с верхушек дюн естественно осыпается и перекатывается туда же, за дюну, дальше от берега . Таким образом, дюны перемещаются в глубь материка.

В зависимости от ветра, в зависимости от крупности песка, скорость передвижения дюн различна; они подвигаются и на 1 — 2 м в год; но их скорость доходит и до 20 — 25 м в год.

Медленно, но верно дюны несут смерть всему, что попадается на их пути. Они засыпают ручьи, реки и озера. Мертвой пеленой песка они покрывают культурные поля. Они погребают под песком целые леса и деревни. Все исчезает под этой силой; остается только волнистая поверхность чистого морского песка. Может быть, правда, кое-где сохраняются остатки дерева или камня, в котором нетрудно признать остатки какого- нибудь человеческого жилья. Но это еще больше подчеркивает силу движущегося песка, еще ярче рисует картину его победного шествия в глубь страны, еще резче подчеркивает разницу между цветущей жизнью в прошлом и полновластной смертью теперь.

Везде ли, всегда ли дюны приводят именно к описанному выше концу? Посмотрим.

Одна из самых обширных дюнных областей в Европе— юго-западная Франция, где область дюн занимает до 900 кв. км поверхности. Там тянутся обширные сосновые леса. К деревьям привязаны ведерки, стенки которых, примыкающие к стволу, выгнуты соответственно выпуклости ствола. Над ведерком в стволе сделан надрез, а из надреза в ведерко капает смола.

А там и сям стоят заводы, добывающие из сосновой смолы канифоль и скипидар.

И если Франция давала свыше 15°/о мирового производства этих веществ, она, главным образом, обязана этим только что упомянутым лесам.

Но какое это имеет отношение к дюнам? Прямое: сосновые леса разведены именно на дюнах. Сосна прекрасно мирится с песком, — вспомните (кто бывал), каковы наши „сосновые боры". Но когда дюна заросла сосновым лесом, она уже перестала двигаться; дюна, как таковая, уничтожена.

Вы видите, что дюны могут быть не только остановлены, не только обезврежены, — их можно заставить приносить большую пользу.

Дюны несут или смерть, или индустриальный уголок. Все зависит от того, что скажет человек.

Смотрите также:

Нагретые песчаные дюны способствуют увеличению температуры и понижению влажности воздуха в летний период по сравнению с соседними районами побережья.

[Дюн-Хор].
владеющими русской ветвью Традиции [Дюн-Хор]. Когда я, опираясь. лишь на общий совет одного южного монгола, <. > решился.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию