Kopce ožívajú prúdom fyziky

Hory vyzerajú solídne. Môže to však byť iba fatamorgána. Prírodné krajiny sa vo veľmi dlhých mierkach plazia a tečú ako viskózne potoky.

Až donedávna by väčšina vedcov tvrdila, že za narušenie veľkej časti pevniny na svete sú pohrebiská, výruby stromov, zemetrasenia a blesky. Ale novšie experimenty, ktoré zahŕňajú strieľanie ultrapresných laserových lúčov na piesočné duny, naznačujú, že plazenie je neoddeliteľnou súčasťou každého prostredia a vyskytlo by sa pri absencii všetkých ďalších opatrení.

„Všetko sa hýbe neustále,“ uviedol Nakul Deshpande, doktorand geofyziky na Pennsylvánskej univerzite. „Nie je to iba analógia. Je pravda, to sa aj deje.“

Pán Deshpande, ktorý študuje vedu o scenérii, nedávno študoval creep (geologický proces, žiadna skladba od Radiohead.) Vedci už dlho vedia, že uvoľnené, zvetrávajúce pôdy sa neustále pohybujú, plesnia a menia sa rýchlosťou centimetrov ročne.

Ale vždy bolo ťažké získať dobré údaje o plazivosti. Značky zakopané v kopcoch budú premiestnené v priebehu desaťročí, napriek tomu je takmer nemožné izolovať presné príčiny takýchto zmien.

V laboratóriu pán Deshfande a jeho kolegovia položili veľké pyramídové kopy piesku na vibračný stôl, zhasli všetky svetlá a udržiavali konštantnú teplotu a vlhkosť. Posvietili laserom na komín takým spôsobom, že svetelné lúče sa odrážajú okolo seba a navzájom sa rušia, čím vytvárajú na detektore škvrnitý vzor.

Pri pohľade na mierne zmeny vo vzorke mohli vidieť jemné pohyby pieskových zŕn na škále jednej milióntiny metra. Materiály ako piesok majú takzvaný prirodzený uhol relaxácie – ak strany hromady stvrdnú pod určitým uhlom, jej zrná budú prúdiť smerom dole v miniatúrnom závale.

Pán Deshpande a jeho kolegovia postavili svoju pieskovú pyramídu pod uhlom odpočinku, čo znamená, že by tam teoreticky mali sedieť. Napriek tomu ich laserové škvrny ukázali, že asi dva týždne po naliatí hromady sa zrnká piesku stále pohybovali tak málo, rýchlosťou ekvivalentnou centimetrom za rok, viac-menej presne to, čo je vidieť pri plazení v teréne. prišli ich závery Streda v časopise Nature Communications.

Výsledky boli prekvapivé, dokonca aj pre členov tímu. „Aj keď som si myslel, že sa to môže stať, je to stále strašidelné,“ uviedol Douglas Jerolmack, geofyzik a poradca pána Deshpande.

Laboratórium však nie je úplne izolované od svojho prostredia a vedci si nemohli byť istí, že vzdušné lietadlo nejakým spôsobom nenarušilo ich experiment. Na potvrdenie svojej domnienky tiež uskutočnili simulácie v počítači s virtuálnymi zrnami piesku, ale nič nepodliehalo gravitačným silám a treniu, a pozorovali zvlnené pohyby podobné tým, aké majú hromady v reálnom svete.

Aby mohli ďalej študovať, čo ovplyvňuje plazenie, vykonal tím malé zmeny na ich piesočných dunách. Napríklad zahriali hromadu, čo spôsobilo, že zrná sa tepelne rozšírili a zvýšili rýchlosť, akou sa pohybovali.

Nathalie Wrind, geofyzička z University of Cambridge, ktorá sa novej štúdie nezúčastnila, mala podozrenie, že k plazeniu mohlo dôjsť aj pri absencii vonkajších porúch. Ale potom, čo urobil niekoľko vlastných experimentov a predstavil svoje výsledky pánovi Deshpandemu na marcovej konferencii, dostal nápad.

„Pamätám si, ako som to počula a hovorila:„ Je to naozaj skvelá práca, “povedala. „Ako experimentátor oceňujem, keď ľudia nájdu nové techniky na meranie niečoho predtým skrytého.“

Uznávajúc, že ​​experimentálne výsledky sú zaujímavé a nové, Anne Voigtlanderová, geomorfologička z Nemeckého výskumného centra pre geologické vedy GFZ, si zatiaľ nebola celkom istá, či ich možno uskutočniť mimo kontrolovaného laboratórneho prostredia. „Nemyslím si, že je to v štádiu, keď to môžete zrealizovať,“ povedala.

Zistenie, ako potvrdiť výsledky tímu v reálnom svete, je „otvorenou otázkou“, uviedol pán Deshpande.

Ale on a Dr. Gerolmack majú pocit, že otvorili nové cesty pre skúmanie geofyzikálnych procesov a ukázali, že predpoklady nemusia byť také pevné, ako sa kedysi verilo.

„Nemôžem ísť na prechádzku do kopcov bez toho, aby som videl veci inak,“ povedal pán Deshpande. „Teraz viem, že pod rúškom toho, ako vidím veci, sa veci dejú.“