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柔软物质和液体

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桌面实验可以解释为什么大陆漂移

24 Jun 2008 哈米什约翰斯顿
球体破坏了对流细胞

美国的物理学家表演了一个简单的桌面实验,可以为什么提供新的洞察’S大陆漂移,然后在数亿多年来上搬回。

张俊 纽约大学刘斌履行了含有水和甘油混合物的加热罐底部的少量毫米尺寸球的运动。他们发现坦克中的对流电流导致球在丛中紧紧地包装在一起—在漂移之前,在坦克的另一侧形成另一块丛。

根据张,这是第一个研究对流电流与固体物体集合相互作用的第一个实验—一种思想推动大陆漂移的过程。

超大征服分手了

大约200亿年前的地球’S陆地存在于一个形式的“supercontinent”被称为Pangea,这已经分解了我们今天所知的七大洲。然而,这种过程似乎是循环的,并且当较早超征区的残余物被拉在一起时可能形成了Pangea。

许多地球物理学家认为,这种周期性模式可能与地球上对流电流的定期中断有关’S的地幔,大陆浮动。

然而,科学家们几乎没有实际上了解固体物体的存在如何影响对流。现在,Jun Zhang和Bin Liu已经做了一个简单的桌面实验,揭示了固体物体的存在可能对对流产生重大影响(phy rev 100 244501)。

物理学家填充了一个3升矩形罐,甘油和水的混合物。液体从下方通过热板加热,并通过水冷板在罐的顶部移除热量。罐的侧面是透明的,并且使用视频摄像机来研究流体的运动。

在没有任何固体物体的情况下,罐变成一个大的对流单元,流体旋转在一个意义上(顺时针或逆时针)多小时。然而,偶尔将在自发过程中逆转,当流动中的随机波动足以克服顺时针或逆时针对流之间的能量屏障时,旋转被认为与罕见的场合有关。

400个尼龙球体

张和刘然后将大约400个尼龙球(直径为3.2毫米)放入罐中。球形比流体更密集,因此水槽—覆盖坦克底部的一半区域。球可以在罐的底部滚动,并且它们的存在对对流过程产生了立即影响,每个小时左右切换方向—而不是持续很多时间。

摄像机透露,球创造了一组 图案 在坦克的底部随着对流流程而变化。当液体沿罐的底部沿一个方向移动时,它将球塞在罐的矩形底部的一端。当坦克底部的大约一半完全覆盖在近侧球中时,对流电流开始削弱并最终反转—将球送到坦克的另一端。

根据张,逆转发生,因为紧密填充球的地毯充当绝缘体,这使得减少在罐的一端向上流动的热量。同时在坦克的另一端—其中流体向下流动—没有球意味着热量可以从底部自由流动,破坏向下流动。整体效果是旋转细胞的逆转。

张说,虽然几百个球在一个小坦克的底部横向落在一个小坦克的底部,但张说系统是相似的。这是因为在大陆下的外壳比海洋下的外壳更厚,导致热量被困在大陆下。这可能以与球的绝缘地毯相同的方式扰乱对流流。

”您可以将那些球形视为小(微)大陆和与地球的地幔的对流液”, he explained. ”我们的发现意味着可以定期创造像Pangea这样的超级环节,并定期分开”.

Zhang told physicsworld.com. 该团队现在正在制作一个更多的系统‘Earth-like’。特别地,流体和球不受矩形罐中的壁限制。相反,他们在一个 坦克 垂直墙壁是同心圆柱体。

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