Изучение динамики дюн поможет ученым понять топографию Марса
Изучение динамики дюн поможет ученым понять топографию Марса

Барханы представляют собой песчаные дюны в форме полумесяца, два рога которых обращены в направлении потока жидкости. Они появляются в различных средах, например, внутри водопроводных труб или на руслах рек, где они принимают форму десятисантиметровой ряби, и в пустынях, где они могут превышать 100 метров, и на поверхности Марса, где они могут достигать километра в глубине. длина или более. Если их размер сильно различается, меняется и время, необходимое для их формирования и взаимодействия. Порядки величин варьируются от минуты для маленьких барханов в воде до года для больших пустынных образований и тысячелетия для гигантов на Марсе.

Они образуются в результате взаимодействия между потоком текучей среды, такой как газ или жидкость, и зернистым веществом, обычно песком, в условиях преимущественно однонаправленного потока.

"Что интересно, так это схожесть их формирования и динамики взаимодействия, независимо от размера. В результате мы можем изучать водных барханов в лаборатории, чтобы делать прогнозы относительно эволюции дюн в Ленсойс-Мараньенсес[a coastal ecosystem in the Northeast of Brazil]Или исследовать происхождение их топография в регионе Геллеспонт на Марсе, - сказал Эрик Франклин, исследователь и профессор Школы машиностроения Университета Кампинаса (FEM-UNICAMP) в штате Сан-Паулу, Бразилия.

Работая с его доктором философии Студент Виллиана Риги Ассиса Франклин провел более 120 экспериментов и выделил пять основных типов взаимодействия между барханами.

Об исследовании, полностью проведенном в UNICAMP, сообщается в статье, опубликованной в журнале Письма о геофизических исследованиях . Он был поддержан FAPESP посредством гранта для молодых исследователей Фазы 2 присужденного Франклину, и прямой докторской стипендии, присужденной Assis.

Поразительным аспектом темы является то, что она имеет прочную форму, которая присутствует во многих разные среды барханы обычно образуют коридоры, в которых их размеры примерно одинаковы. Анализ отдельных дюн предполагает, что они должны расти бесконечно, становясь все больше, но это не так. Одним из объяснений их характерного размера в данной среде является то, что бинарные взаимодействия, особенно столкновения, перераспределяют массу песка, и вместо того, чтобы постоянно расти, они подразделяются на более мелкие дюны.

«Это предлагалось в прошлом, но никто не исследовал и не наносил на карту эти взаимодействия, поскольку столкновения дюн в земных пустынях происходят десятилетиями», - сказал Франклин. "ПринимаяПреимущество того факта, что подводные барханы малы и движутся намного быстрее, мы проводили эксперименты в гидродинамическом канале из прозрачного материала, с турбулентным потоком воды, формирующим и транспортирующим пары барханов, в то время как камера снимала процесс. Мы впервые определили пять основных типов бинарного взаимодействия. "

.

В экспериментах исследователи независимо варьировали каждый из параметров, участвующих в задаче, таких как диаметр зерна, плотность и округлость, скорость потока воды и начальные условия. Полученные изображения обрабатывались компьютером с использованием числового кода. написано исследователями. Основываясь на результатах, они предложили две карты, которые предоставили общую классификацию возможных взаимодействий.

«Наши эксперименты показали, что, когда происходит двойное столкновение, бархан, который изначально находился ниже по потоку, то есть впереди, вытеснил дюну примерно такой же массы, что и бархан вверх по течению, то есть позади », - сказал Франклин.« Первое впечатление заключалось в том, что бархан вверх по течению прошел над другим барханом, как волна, но использование цветных зерен помогло нам показать, что этого не произошло. Фактически, бархан выше по течению вошел в бархан ниже по течению, который стал слишком большим и высвободил массу, более или менее равную полученной массе ».

Взаимодействие между двумя барханами в основном включает два механизма. Один из них был возмущением, вызванным в жидкости , который обошел бархан выше по течению, ускорился и повлиял на бархан ниже по течению, который разрушился. Это называется "эффектом следа". Другим было столкновение, при котором зерна сталкивающихся барханов слились.

"Наш экспериментальные данные показали, что эти два механизма вызывают пять типов взаимодействия барханов и барханов, - сказал Франклин. - Принимая во внимание, что скорость дюны обратно пропорциональна ее размеру, самые простые два - это то, что мы называем преследованием и слиянием ».

. Преследование происходит, когда два бархана примерно одинакового размера, а эрозия из-за эффекта следа приводит к уменьшению размера расположенной ниже по течению дюны. Затем два бархана движутся с одинаковой скоростью и остаются на постоянном расстоянии друг от друга. Слияние происходит, когда Барханы вверх по течению намного меньше, чем барханы вниз по течению. Эрозия, вызванная следом, не приводит к существенному уменьшению размера дюны вверх по течению, так что барханы сталкиваются и сливаются, образуя единую дюну.

Третий тип взаимодействия - обмен , что более сложно ». Обмен происходит, когда бархан выше по течению меньше, чем бархан ниже по течению, но не намного меньше. Здесь также дюна вверх по течению догоняет дюну вниз по течению, и они сталкиваются. По мере того как они это делают, меньшая дюна поднимается и распространяется над большей. Однако во время этого процесса поток жидкости, который отклоняется новой дюной, сильно размывает переднюю часть дюны, которая выбрасывает новую дюну. Поскольку она меньше по размеру и выходит вниз по течению, новая дюна движется быстрее, и между двумя дюнами появляется промежуток », - сказал Франклин.

Последние два типа взаимодействия происходят, когда поток жидкости очень сильный.«погоня за фрагментацией» - это когда дюны разного размера. Эффект следа от дюны ниже по течению настолько силен, что она разделяется на две части. Обе дюны меньше, чем дюны, расположенные выше по течению. В результате получились три дюны с расширяющимися промежутками между ними. Последний тип - «фрагментация-обмен», аналогичный. Разница в том, что дюна вверх по течению достигает дюны вниз по течению до того, как ее разделение на две части будет завершено », - сказал Франклин.

Эти пять типов легко понять из сопроводительного видео. Фактически, исследователи смогли построить типологию благодаря визуальной поддержке, предоставляемой фильмами, описанными в статье. «Наши результаты, полученные для подводных барханов длиной сантиметр и проявившихся за несколько минут, значительно продвигают понимание динамики и формирования дюн этого типа», - сказал Франклин "Благодаря законам масштаба они позволяют нам переносить результаты в другие среды, где размеры больше, а периоды времени больше. Эти открытия могут значительно облегчить понимание прошлого Марса или прогнозирование его далекого будущего, оба из которых в настоящее время представляют интерес для ученых. "Барханы представляют собой серповидные Песчаные дюны , Два рога которых обращены в сторону моря. поток жидкости. Они появляются в различных средах, например, внутри водопроводных труб или на руслах рек, где они принимают форму десятисантиметровой ряби, и в пустынях, где они могут превышать 100 метров, и на поверхности Марса, где они могут быть. километр в длину или более. Если их размер сильно различается, меняется и время, необходимое им для формирования и взаимодействия. Порядки величин варьируются от минуты для маленьких барханов в воде до года для больших пустынных образований и тысячелетия для гигантов. на Марсе.

Они образуются в результате взаимодействия между потоком текучей среды, такой как газ или жидкость, и гранулированным веществом, обычно песком, в условиях преимущественно однонаправленного потока.

Возникновение - это схожесть их формирования и динамики взаимодействия независимо от размера. В результате мы можем изучать водных барханов в лаборатории, чтобы делать прогнозы об эволюции дюн в Ленсойс-Мараньенсес[a coastal ecosystem in the Northeast of Brazil]или исследовать происхождение топографии в регионе Геллеспонт на Марсе, - сказал Эрик Франклин, исследователь и профессор Школы машиностроения Университета Кампинаса (FEM-UNICAMP) в штате Сан-Паулу, Бразилия.

. Работая со своим докторантом Виллианом Риги Ассисом, Франклин провел более 120 экспериментов и определил пять основных типов взаимодействия между барханами.

Об исследовании, полностью проведенном в UNICAMP, сообщается в статье, опубликованной в журнале Письма о геофизических исследованиях. Он был поддержан FAPESP посредством гранта для молодых исследователей фазы 2 присужденного Франклину, и прямой докторской стипендии, присужденной Ассису.

Поразительным аспектом этой темы является то, что она имеет прочную форму, которая проявляется в Во многих различных средах барханы обычно образуют коридоры, в которых их размеры примерно одинаковы. Анализ отдельных дюн показывает, что они должны расти бесконечно, становится все больше, но это не так. Одним из объяснений их характерного размера в данной среде является то, что бинарные взаимодействия, особенно столкновения, перераспределяют массу песка, и вместо того, чтобы увеличиватьнепрерывно они делятся на более мелкие дюны.

«Это предлагалось в прошлом, но никто не исследовал и не наносил на карту эти взаимодействия, поскольку столкновения дюн в земных пустынях происходят десятилетиями», - сказал Франклин. «Воспользовавшись тем фактом, что подводные барханы маленькие и движутся намного быстрее, мы провели эксперименты в гидродинамическом канале из прозрачного материала, в котором турбулентный поток воды формировал и перемещал пары барханов, пока камера снимала процесс. Мы определились для первого раз пять основных типов бинарного взаимодействия ».

В экспериментах исследователи независимо варьировали каждый из параметров, участвующих в задаче, таких как диаметр зерна, плотность и округлость, скорость потока воды и начальные условия. Полученные изображения были обработаны компьютером с использованием цифрового кода, написанного исследователями. На основании результатов они предложили две карты, дающие общую классификацию возможных взаимодействий.

«Наши эксперименты показали, что когда происходит двойное столкновение, бархан, который изначально находился ниже по течению, то есть впереди, выбрасывает дюну примерно такой же массы, что и бархан выше по течению, то есть позади», - сказал Франклин. «Первое впечатление заключалось в том, что бархан выше по течению прошел над другим барханом, как волна, но использование цветных зерен помогло нам показать, что этого не было. На самом деле, бархан выше по течению вошел в бархан ниже по течению, который стал слишком большим и выпустил масса более или менее равна полученной массе ".

Взаимодействия между двумя барханами в основном включали два механизма. Одним из них было возмущение, вызванное флюидом, который миновал верхний бархан, ускорился и затронул нижний бархан, который разрушился. Это называется «эффектом пробуждения». Вторым было столкновение, в котором слились зерна сталкивающихся барханов.

«Наши экспериментальные данные показали, что эти два механизма вызывают пять типов взаимодействия барханов и барханов», - сказал Франклин. «Принимая во внимание, что скорость дюны обратно пропорциональна ее размеру, самые простые два - это то, что мы называем преследованием и слиянием».

Погоня происходит, когда два бархана примерно одинакового размера, а эрозия из-за эффекта следа приводит к уменьшению размера дюн ниже по течению. Затем два бархана движутся с одинаковой скоростью и остаются на постоянном расстоянии друг от друга. Слияние происходит, когда бархан выше по течению намного меньше, чем бархан ниже по течению. Эрозия, вызванная следом, существенно не уменьшает размер дюны вверх по течению, так что барханы сталкиваются и сливаются, образуя единую дюну.

Третий тип взаимодействия - обменный, более сложный. "Обмен происходит, когда бархан вверх по течению меньше, чем бархан вниз по течению, но не намного меньше. Здесь также дюна вверх по течению догоняет дюну вниз по течению, и они сталкиваются. При этом меньшая дюна поднимается и распространяется по большей 1. Однако во время этого процесса поток жидкости, который отклоняется новой дюной, сильно размывает переднюю часть дюны, которая выбрасывает новую дюну. Поскольку она меньше по размеру и выходит вниз по течению, новая дюна движется быстрее и образовывается разрыв открывается между двумя дюнами, - сказал Франклин.

Последние дватипы взаимодействия происходят, когда поток жидкости очень сильный. «То, что мы называем« погоней за фрагментацией », - это когда дюны разного размера. Следящий эффект от дюны ниже по течению настолько силен, что он разделяется на две части. Обе дюны меньше, чем дюны, расположенные выше по течению. с расширением промежутков между ними. Последний тип - это «фрагментация-обмен», который аналогичен. Разница в том, что дюна вверх по течению достигает дюны вниз по течению, прежде чем ее разделение на две части завершится », - сказал Франклин.

Эти пять типов легко понять из этого видео. Фактически, исследователи смогли построить типологию благодаря визуальной поддержке, предоставляемой фильмами, описанными в статье. «Наши результаты, полученные для подводных барханов длиной сантиметр и созданных за считанные минуты, значительно продвигают понимание динамики и формирования этого типа Дюны », - сказал Франклин. «Благодаря законам масштаба они позволяют нам переносить результаты в другие среды, где размеры больше, а промежутки времени длиннее. Понимание прошлого Марса или прогнозирование его далекого будущего, оба из которых в настоящее время представляют интерес для ученых, могут быть значительно облегчены. этими выводами ".

Источник
Имя:*
E-Mail:


Популярные новости
602

Марсоход НАСА Perseverance находится на полпути к Марсу

Все о космосе

567

Данные Юноны указывают на то, что «спрайты» или «эльфы» резвятся в атмосфере Юпитера

Все о космосе

524

Геологи моделируют почвенные условия, чтобы помочь выращивать растения на Марсе

Все о космосе

541

Изображение: Космические эндотелиальные клетки человека

Все о космосе

591

Метеорит «Огненный шар» содержит нетронутые внеземные органические соединения

Все о космосе

497

Вода на Луне: исследования раскрывают ее тип и изобилие, что расширяет планы исследований

Все о космосе

652

Луна богаче водой, чем когда-то думали

Все о космосе

581

НАСА начнет деликатную укладку образцов астероида OSIRIS-REx

Все о космосе

552

Tupperware стреляет по звездам с помощью устройства, предназначенного для выращивания овощей в космосе

Все о космосе

468

SpaceX начинает развертывание Интернета Starlink, надеясь, что это профинансирует полеты на Марс

Все о космосе

Комментарии
Сообщество
Оцените работу движка
Календарь
«    Январь 2023    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031 
Облако тегов
Ingenio закрыта от обзора Soyuz for launching SpaceX запускает Starship в самый высокий испытательный полет и совершает аварийную посадку «Юнона» наносит на карту водный лед на северном Ганимеде Астробиологи НАСА готовятся исследовать его Венера снова стала похожа на Землю Видео Дары японских космических кораблей Древние минералы циркона с Марса раскрывают неуловимую внутреннюю структуру красной планеты Индонезия хочет заманить SpaceX на строительство стартовой площадки Испытательный полет космического корабля SpaceX в последнюю секунду был прерван Исследователи раскрывают ключевые ключи к истории Солнечной системы Капсула с образцами астероидов прибыла в Японию для исследований Китайская капсула с лунными камнями начинает возвращение на Землю Китайский корабль возвращается на Землю с лунными камнями Лабораторные эксперименты Лунный зонд готовится вернуть образцы горных пород на Землю Мировые космические достижения Мощные электрические события быстро изменяют химический состав поверхности Марса и других планетных На борту марсохода НАСА Perseverance Наклон Сатурна из Обсерватория Аресибо в Пуэрто Первая женщина Праздник для звездочетов Сердца Спецпоставка Ученые утверждают Шведский космический прибор участвует в поисках жизни вокруг Юпитера Японское космическое агентство обнаружило обширную почву и газ с астероида где лава прорвала стену марсианского кратера и начала его заполнять изучающих поверхность Луны но изменение климата сделало ее непригодной для жизни обновление пик метеоров Геминид превращение изображений в физику пролетавший мимо Земли спутник на орбите Цереры что Марс когда что темное покрытие может снизить отражательную способность спутника яркое пятно в напряженном 2020 году

Внешний вид
Panel heading without title
Panel content
Panel heading without title
Panel content

Новости про космос планеты и космические технологии