Teorija siūloma paaiškinti, kas lemia milžiniškų kopų dydį dykumoje. • Jurijus Erinas. • Mokslo naujienos apie "Elementus". • Fizika, Žemės mokslai, matematika.

Teorija siūloma paaiškinti, kas lemia milžiniškų kopų dydį dykumoje.

Pav. 1. Didžiųjų kopų skalė skirtingiems vėjo modeliams: a – skersinės Badyn-Jaran dykumų kopos (Kinija), b – Atlanto Sacharos (Maroko) puslankio formos kopos, su – išilginės kopos "Rub al-Khali dykumoje" (pietrytinėje Arabijos pusiasalio dalyje), d – Alžyro Grand Erg Oriental dykumos žvaigždžių formos kopos. Geltoni sektoriai Parodytos vyraujančios vėjo kryptys dykumoje. Snapshots iš aptariamo straipsnioGamta

Yra žinoma, kad milžiniškų kopų augimas yra dėl mažesnių kopų įsisavinimo ir, atrodytų, niekas netrukdo jiems imtis savavališkai didelių dydžių. Prancūzijos mokslininkai iš Fizikinės ir mechaninės nehomogeninių terpių laboratorijos bendradarbiaudama su JAV ir Alžyro mokslininkai nustatė, kad šį procesą riboja vadinamasis paviršinio atmosferos sluoksnis, kuris lemia oro srauto pobūdį virš milžiniškų kopų.

Kopų formavimas dykumoje prasideda nuo nedidelio piliakalnio, kurio pakraštyje yra oro sūkurys ir tam tikros formos piltuvėlių. Kai atvyksta naujos smėlio dalys su vėju, auga piliakalnis ir piltuvėlis.Taigi yra kopų, kurios yra žvaigždės formos arba pusmėnulio formos. Ateityje jie padidės ir lėtai judės pagal veiksmus ir dominuojančių vėjų kryptimi. Pagal šią teoriją, savo judėjimo metu kopos gali savavališkai ilgą laiką kauptis smėliu ir augti iki begalybės dydžio, jei tik yra pakankamai smėlio. Šios teorijos absurdiškumas yra akivaizdus: patikimai žinoma, kad didžiausias kopų aukštis yra kelių šimtų metrų. Beje, rekordininkas yra Kinijos dykuma Badain-Jaran (Badain Jaran): kai kurios kopos ten pasiekia didžiulius aukštus – apie 500 metrų.

Pastebime, kad jei vėjai dykumoje prasiskverbia skirtingomis kryptimis, iš smėlio formuojasi chaotiškos kopos gruntai. Jei vėjo Rose yra tam tikra kryptimi, tada kopas gali sudaryti periodinę struktūrą (žr. 1 pav.) Primena banguotą jūros arba vandenyno paviršių, turintys jiems būdingą tarpas tarp smėlio bangos kilometrą viršūnių.

Kyla natūralus klausimas: kas riboja milžiniškų kopų augimą? Vienu iš naujausių žurnalo numerių Gamta Prancūzijos mokslininkai iš fizikos laboratorijos ir inžinerija Nehomogeninio žiniasklaidos bendradarbiaujant su JAV ir Alžyro mokslininkai publikavo straipsnį Giant Aeolian kopų dydis nustatomas pagal vidutinį gylį atmosferos paribio sluoksnyje, kuris bandyti išspręsti šią problemą (atviros prieigos straipsnis yra čia).

Mokslininkai pasiūlė teoriją, kad milžinišką kopų susidarymą, kuris mano, ne tik sąveikos kopų dykuma ir vėjai, ir sąveiką su kopos vadinamųjų netoli paviršiaus eroziją sluoksnis. Šiame sluoksnyje yra aktyvus konvekcinis oro masių sumaišymas, dėl kurio atsiranda nelinijinis temperatūros padidėjimas su aukščiu. Šio sluoksnio storis svyruoja nuo šimto metrų žiemą iki kelių kilometrų vasaros (2b pav.). Virš viršutinio sluoksnio "padengtas" plonu inversiniu sluoksniu, kurio linijinis temperatūros pokytis yra toks pat. Ir tik tada prasideda atmosferos sekcija, kurioje yra oro temperatūros mažėjimas aukštyje, gerai žinomas visiems, kurie skrido lėktuve.

Ką lėmė mokslininkai, siūlančios, kad kopos augimas apsiriboja paviršinio atmosferos sluoksnio procesais? Šios hipotezės priežastis buvo įdomi koreliacija tarp dviejų jų aptiktų kiekių – atstumo λ tarp milžiniškų kopų (nepriklausomai nuo to, kokia forma jie yra) ir δθ/γkur δθ – vidutinis metinis dulkių paviršiaus oro temperatūros pokytis, ir γ – temperatūros gradientas, kuris lemia oro temperatūros pokytį su aukščiu inversijos sluoksnyje (žr. 2 pav.). Duomenys tokiems santykiams nustatyti buvo surinkti iš 34 dykumų įvairiose pasaulio dalyse (išsamesnės informacijos žr. 11-12 psl. Papildomoms straipsnio medžiagoms, jie yra viešai prieinami).

λ tarp didžiųjų kopų smailių skirtingose ​​dykumose, kaip vidutinės metinės temperatūros pokyčio funkcija δθ. Kietoji linija atitinka funkcijos grafiką. λ = δθ/γ. Temperatūros pokytis δθ vidurkis per septynerių metų stebėjimo laikotarpį: nuo 2000 iki 2007 m. b – atmosferos temperatūros profilis θ (z), matuojamas vidurdienį Sulael oro uoste (Saudo Arabija) skirtingais metų laikais (mėlynos spalvos apskritimai: 1977-07-27, aikštės: 10.22.1978, rombo: 1987/01/01, trikampiai: 12/02/1978). Netiesinė priklausomybė nuo temperatūros ir aukštis nustato paviršinio atmosferos sluoksnio H. aukštį virš H, prasideda inversinis sluoksnis, kurio temperatūros profilis (γ) yra linijinis ir lygus 4 K / km. Pav. iš aptariamo straipsnio gamtoje "border = 0>"Pav. 2 a – atstumas λ tarp didžiųjų kopų smailių skirtingose ​​dykumose, kaip vidutinės metinės temperatūros pokyčio funkcijaδθ. Kietoji linija atitinka funkcijos grafiką. λ = δθ/γ. Temperatūros pokytisδθ vidurkis per septynerių metų stebėjimo laikotarpį: nuo 2000 iki 2007 m. b – atmosferos temperatūros profilisθ(z), matuojant Sulael oro uoste (Saudo Arabija) vidurdienį skirtingais metų laikais (mėlyni ratai: 27/07/1978, aikštės: 22/10/1978, deimantai: 01/12/1977, trikampiai: 12/02/1978). Netiesinė priklausomybė nuo temperatūros ir aukštis nustato paviršinio atmosferos sluoksnio aukštį.H. AukščiauH prasideda inversinis sluoksnis, kurio temperatūros profilis (γ) yra linijinis ir lygus 4 K / km. Pav. iš aptariamo straipsnioGamta

Kita vertus, požiūris δθ/γkuris yra visas tas pačias pagalbines medžiagas, maždaug lygus didžiausiam paviršinio sluoksnio aukščiui H. Taigi, tampa akivaizdu, kad procesai šiame sluoksnyje dėl tam tikrų mechanizmų, kurie vis dar lieka neišaiškinti, yra susiję su kopų augimo ribojimu.

Siekiant suprasti šiuos mechanizmus, mokslininkai pastatė aerodinaminį modelį, atitinkantį jų hipotezę: periodiškai įrengti smėlio kalnai su aukščiu avirš kurio yra oro aukščio sluoksnis H. Dėl konvekcinės ir vėjo procesų šiame potvynio sluoksnyje stebimas turbulenčio oro srautas (Reinoldso numeris šiame modelyje buvo 108) Visa sistema yra padengta "ramus", tai yra stabilus inversijos sluoksnis, susijęs su oro maišymu. Skaičiavimų skaičiavimai, pagrįsti lygtysми Навье-Стокса, parodė, kad periodinis atleidimas nuo kopų возбуждает oro bangos (autoriai vadina šių bangų paviršių) prie paviršiaus ir inversijos sluoksnių sąsajos, kuri savo ruožtu keičia vėjo greitį ir todėl kontroliuoja smėlio kaupimo procesą. kopos.

Tada atsitinka taip: vėjo atstumas tarp kopų yra panašus į H, paviršiaus bangos susiliečia ir riboja oro srautą virš jų viršūnių. Dėl to kopos nebe kaupia smėlį, o smėlio kalvos augimas sustoja. Pav. 3 parodyta grafinio skaičiavimo modeliavimo rezultatas – kopos aukščio priklausomybė. a nuo atstumo tarp jų smailių. Diagramoje sunku pastebėti maksimalų (piko) reikšmę, kuri reiškia fizinį požiūrį, kad iš tikrųjų, kai tik λ ir H tapti proporcinga, jo augimo kopos pasiekia maksimalų aukštį.

Pav. 3 Kopų aukštisa kaip atstumas tarp jųλ (abu dydžiai yra matuojami nuo paviršiaus sluoksnio aukščioH), prognozuojama pagal aerodinaminį modelį, atsižvelgiant į artimojo paviršiaus atmosferos sluoksnio (juoda kreivė) be jo (žalia tiesiai). Ratai atitinka eksperimentinius duomenis. Didžiausia juodos kreivės reikšmė reiškia, kad paviršinio sluoksnio buvimas riboja oro srautą virš kopų viršūnių, jei paviršinių bangų ilgis yra panašus į atstumą tarp kopų. Šiuo atveju "kopos plius" paviršinio sluoksnio sistema pasiekia pusiausvyrą: kopos neaugina jų aukščio, o paviršiaus bangos, savo ruožtu, nepakeičia atstumo tarp jų smailių. Ir net jei dėl kokios nors priežasties ši vertė pasikeičia (sistema pereina maksimalią padėtį diagramoje), tada smėlio kalvos paprasčiausiai sumažins jų aukštį, kad vėl būtų pusiausvyroje su paviršiniu sluoksniu. Pav. iš aptariamo straipsnioGamta

Norėdami geriau suprasti, kaip čia aptariama teorija, pasakykite pavyzdį: Namibo dykumoje kopų aukštis siekia 60-240 metrų.Papildomose straipsnio medžiagose rasite informacijos apie šią dykumą: už tai δθ/γ ≈ 1,5 km, tai reiškia, kad yra maždaug tokio pat storio ir šalia esančio atmosferos sluoksnio H ≈ 1,5 km atstumas tarp kopų viršūnių λ ≈ 2,2 km Taigi santykis λ/H ≈ 1,5. Iš grafiko fig. 3 lengva nustatyti, kad kopos aukštis a vienetais H jis turėtų būti apie 0,15, čia mes turime maksimalų aukštį, kokį gali pasiekti šio dykumos kopos – 225 metrus; ši reikšmė yra artima faktiškai pastebėtai (iki 240 metrų).

Beje, tas pats modelis paaiškina kopos formavimąsi iš dumblo upės dugne (atitinkami skaičiavimai pateikiami papildomose medžiagose aptariamame straipsnyje). Čia esantis tik nestabilus paviršinis sluoksnis atitinka vandens storymę, paviršiaus bangos yra upės paviršiuje gravitacinės bangos, o "ramioje" inversijos sluoksnyje yra atmosfera. Kokybiškai nelygumų kopų aukščio priklausomybė nuo jų atstumo nebus skiriasi – tik didžiausias grafiko padėtis pasireiškia skirtingai.

Straipsnio pabaigoje autoriai pastebi, kad jų siūlomų kopų sudarymo mechanizmas atrodo tinkamas kitoms planetoms ir jų palydovams, ypač Marsui ir Titanui.

Šaltinis: Bruno Andreotti, Antoine Fourrière, Fouzia Ould-Kaddour, Brad Murray, Philippe Claudin. Vidutinis atmosferos sluoksnio gylis Gamta. V. 457. P. 1120-1123.

Jurijus Yerinas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: