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地球科学

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当横跨景观时,沙丘互相排斥

24 Feb 2020

沙丘和其他颗粒状物质的沙丘可以在地球,火星及以后的大田地中找到。沙丘场倾向于自我秩序进入空间模式,这个自我组织的底层物理知之甚少。现在, Karol Bacik. 英国剑桥大学的同事表明,随着沙丘的移动,他们通过流体湍流,防止碰撞和稳定沙丘领先地击退沙丘。

理论模型通常假设沙丘充当自主,自推进代理商,以远程 - 通过空气或水流或通过碰撞将其与其他沙丘进行交换块。但最新的研究,描述于 物理评论信,建议沙丘可以在没有交换质量的情况下相互作用。

贝加克告诉 物理世界 沙丘领域的动态是一种有趣和基本的身体问题,“因为我们’在孤立的沙丘上有这些大型景观,问题是他们将如何发展“。他补充说,对于他们的简化实验,球队将沙丘场分开,“只与两只沙丘相互作用”。

旋转桨

它们在安装有一组旋转桨的圆形水箱中设置了双沙丘系统,该圆形水罐浸没在表面附近。两个相机记录了沙丘形状,沉积物运输和水流的变化。为了创造沙丘,他们在坦克的底部放置了两堆2.25公斤堆玻璃珠(见视频)。当它们旋转桨叶时,流动快速将桩变为特征沙丘形状 - 一个陡峭的下游面和浅上游面。然后,沙丘开始迁移下游。

研究人员发现,虽然沙丘有相同的质量,但它们并没有以相同的速度移动。上游沙丘 - 流动首次击中 - 以恒定的速度移动,但下游沙丘没有。最初它比上游沙丘更快地移动,但随着沙丘之间的差距增加,它开始缓慢。最终达到了平衡,两个沙丘以相同的速度移动。

上游唤醒

分析表明,这种沙丘 - 沙丘相互作用是由流体流动和上游沙丘之后产生的湍流结构产生的。通过流体流过上游沙丘的瓶子推动了下游沙丘。

“它看起来像排斥,因为这种互动意味着他们空间,而不是相反,这将是他们碰撞,”贝加克说。他补充说,虽然互动一直“这个醒目的力量衰减远离沙丘,所以随着下游沙丘,互动是较弱和较弱的”。而且,当沙丘最初换档或流动中有浪涌时,相互作用增加并推动下游沙丘有点难以更加困难 - “它给予它额外的踢球”。

实验表明,沙丘 - 沙丘排斥是一种强大的现象。如果沙丘足够接近以开始,Dune分离就会发生在探索的所有流程。当沙丘是不同的尺寸时,它甚至坚持不懈。当研究人员创造了比上游沙丘大2.5倍的下游沙丘时,他们发现最初较小的上游沙丘迁移得更快,但随着差距关闭的唤醒诱导的排斥力越来越强,下游沙丘加速了。同样,两个沙丘最终开始以相同的速度移动。

卫星图像

虽然实验沙丘在水下,但是,贝加西克相信土地上的沙丘以相同的方式表现,与空气湍流介导的相互作用。 “气体和液体都是物理观点的流体,所以他们遵守相同的等式,”他解释道。 Bacik补充说,其他研究人员研究的卫星图像表明沙丘之间的相互作用。然而,这些运动超过了几十年,而不是几个小时。 “令人慢的沙丘越大,”贝加西克解释道。

汉斯Herrmann.是Espci巴黎的物理学家,结果并不感到惊讶,但工作留下了深刻的印象。他说 物理世界“我从来没有怀疑,如果在水中或空气中,则在沙丘之间存在流体动力学相互作用。但是极难在模型中包括这种相互作用。因此,所有模型都忽略了它们。“ Herrmann补充说,这项工作“是对这些力量的后果的美好实验测量,因此是一个非常有用和非常重要的贡献”。

接下来,团队希望对沙丘田地的卫星图像进行更全面的分析,以了解这种互动的突出 - 以及如何运作 - 在更复杂,现实世界的环境中。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者