Фізики розібралися в переповзанні підводних дюн через перешкоди
Фізики експериментально досліджували процес взаємодії підводних квазідвумерних дюн з перешкодами різної форми. Вони з'ясували, що при порівнянних розмірах дюни і перешкоди від форми останнього залежить, пройде дюна далі або затримається на нім. Це може бути корисно при проектуванні інфраструктури в піщаних районах. Дослідження опубліковано в, коротко про нього пише.
Коли сипучий осад, наприклад, пісок, піддається тривалому впливу потоків повітря або води, він з часом збирається в дюни. Піщані пагорби відрізняють від інших форм рельєфу рухливість, хоча і не дуже велика порівняно зі звичними людині швидкостями. Вторгнення дюн може стати великою проблемою для інфраструктури та сільського господарства. Відомо, що такі рухомі відкладення можуть засипати залізниці, мости і навіть цілі будівлі, розташовані в пустельних регіонах. Міграція ж підводних дюн загрожує зміною підводного рельєфу, що ставить під загрозу глибоководні трубопроводи і кабелі.
Для захисту від дюн застосовуються різні методи їх стабілізації, в тому числі і механічні перешкоди. Разом з тим на сьогодні немає надійних фізичних моделей, які б давали кількісну оцінку того, наскільки добре перешкоду затримує або, навпаки, пропускає дюни. Останнє було б корисно також і для об'єктів інфраструктури, для яких небажано опинитися під шаром піску, наприклад труб.
Перший крок у цьому напрямку зробила група британських фізиків під керівництвом Кароля Бачика (Karol Bacik) з Кембриджського університету. Вони теоретично і експериментально досліджували зіткнення квазідвумерних підводних дюн з перешкодами різноманітної форми і розмірів. Автори створювали дюни на дні басейну у вигляді тонкого циліндричного шару товщиною дев'ять сантиметрів і радіусом трохи менше метра. Басейн з лопатями великої мішалки наповнювали водою до рівня 45 сантиметрів. Перемішуючи воду з певною швидкістю разом з обертанням басейну, фізики створювали водні потоки, які призводили до формування та міграції дюн.
Як сипучий матеріал для дюн виступали скляні сферичні частинки діаметром 1,17 міліметра, які збиралися в плоскі дюни масою два кілограми. Фізики розміщували на їх шляху полістирольні перешкоди у вигляді циліндрів і призм різних розмірів і форм. Щоб перешкоди не псувалися під тривалим впливом піску і зберігали гладкість протягом усього циклу досліджень, вчені захищали їх скотчем. Автори провели серію з 15 експериментів з різними перешкодами, глибинами занурення лопатей і швидкостями перемішування, щоб визначити, як ці параметри впливають на те, затримається дюна перешкодою або пройде далі. Деталі процесу вони фіксували за допомогою зовнішньої камери, чия зйомка була потрібним чином синхронізована з обертанням басейну, а також за допомогою камери, закріпленої навпроти перешкоди.
В результаті фізики з'ясували, що вся взаємодія між дюнами і перешкодами якісно зводиться до двох різних результатів: проходженню або захопленню. У ситуації, коли розмір перешкоди багато більше, ніж висота дюни, вона в основному захоплювалася. Якщо ж їх розміри виявлялися співставними, то результат сильно залежав від форми перешкоди. Так, плавні перешкоди, наприклад, циліндри, сприяють проходженню, в той час як різка перешкода у вигляді тонкого прямокутника з великою ймовірністю зупиняє дюни. Це може бути важливо при конструюванні об'єктів інфраструктури в пустельних районах залежно від того, чи потрібно зупиняти дюни або краще дозволити їм мігрувати без затримки.
Незважаючи на те, що сам по собі результат здається досить очевидним, робота фізиків стала першою спробою формалізації процесу поширення дюн через перепони в умовах контрольованого експерименту. І хоча для цього довелося пожертвувати однією розмірністю, їх експеримент може стати еталоном, а почесна модель - відправною точкою для побудови численних моделей реальних дюн. Разом з тим квазідвумерні дюни можна використовувати для опису досить протяжних реальних дюн, чий зріз веде себе схожим чином.
Раніше ця ж група досліджувала взаємодію дюн і з'ясувала, що за деяких умов вони здатні утворювати асиметричні пари на відстані.