沙丘竟然会彼此“交流”

作者:李彤馨/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-02-19

它们偶尔还是需要些“个人空间”。

不论是在陆地还是在水下,沙丘通常都是成群出现。

当两个相同的沙丘进行长距离迁移时,物理学家们发现,这些结构会意外地改变它们的速度,最终实现均匀分布,这便引发了沙丘之间是如何“交流”的猜测。

剑桥大学的物理学家Nathalie Vriend在接受《华盛顿邮报》采访时说:“它们肯定是在交流。”

显然,沙丘不能互相对话,但研究人员认为,沙丘对移动它们的力量(如风或水)的影响改变了周围其它沙丘的影响,使得这些物理结构“传达”了它们的位置。

这与许多理论模型对沙丘迁移的假定相反,沙丘迁移发生得如此缓慢,距离如此之远,因此很难研究。

通常,这些结构被视为是能自动推进的自主主体,它们有时候会互相碰撞和消耗,但不一定会相互协作。

剑桥大学的理论物理学家Karol Bacik解释道:“另一种理论认为,沙丘可能会碰撞并互相交换质量,就像台球相互碰撞一样,直到它们大小、移动速度相同。”

他们的新发现使得这两种解释都显得不充分。众所周知,小沙丘移动速度快,大沙丘移动速度慢,说明大小相似的沙丘会以相同的速度移动;但新的结果表明,情况可能并非总是如此。

相反,两个具有相同体积和形状的沙丘可能会互相提示,加速或减速移动到更远的地方,在此过程中,它们的质量并没有发生大幅度的交换。

Vriend说:“我们发现了以前在模型中没被注意到的物理学原理。”

通过创建一个旋转的充满水的通道,该团队能够让两个相同的沙丘一次绕圈旋转数小时。前方的沙丘一开始并没有以同样的速度移动,而是加速了。

当它旋转了180°,到达环形水道的另一面时,前面的沙丘就放慢了速度和另一个沙丘相同。

“前方沙丘后面的流动结构就像船后方的尾流,”Vriend说道,“并且会影响下一个沙丘的属性。”

通过在水流中制造湍流,第一个沙丘推动了它后面的沙丘。换句话说,上游的主导结构正在与下游的邻居相互作用并排斥——通过它们的“沟通”,并且在此过程中,损失的质量极少。

以前在卫星图像中已经观察到了这种对附近沙丘的排斥作用,但其背后的力量从未被解开。

即使研究人员将其混合起来,把两个大小稍不同的沙丘放进通道,他们也会发现类似的效果。前面较大的沙丘最初会加速,然后,随着沙丘之间的间隔增加,前方的沙丘的尾流变弱,较小的下游沙丘开始加速。

最终,这种沙丘的“排斥效应”使两个结构相互平衡,因此它们会以相同的速度行驶,防止任何可能的碰撞。

作者写道:“因此,我们的结论是,自然水下沙丘场的结构是由这项工作中观察到的沙丘-沙丘排斥机制控制并加以稳定的。”

如果这种活动也存在于陆地上,它可能对气候变化的准备工作非常重要。多年来,全球变暖增加了世界上某些地区沙丘的运动,包括美国、非洲和南极洲。

搞清楚这些巨大的沙丘将走向何方,以及它们如何移动,可以让我们提前建设好基础设施,提前拦住那些迁徙而来的沙子。


蝌蚪五线谱编译自sciencealert,译者李彤馨,转载须授权

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