เรียนรู้เกี่ยวกับทราย

นักวิจัยได้สังเกตว่าเนินทรายที่เหมือนกันสองแห่งเริ่มต้นอยู่ใกล้กัน แต่เมื่อเวลาผ่านไป การโต้ตอบนี้ถูกควบคุมโดยกระแสน้ำหมุนวนจากเนินต้นน้ำ ซึ่งผลักเนินทรายด้านท้ายน้ำออกไป ผลลัพธ์ที่รายงานในวารสารPhysical Review Lettersเป็นกุญแจสำคัญในการศึกษาการย้ายถิ่นฐานในระยะยาว ซึ่งคุกคามช่องทางเดินเรือ เพิ่มการแปรสภาพเป็นทะเลทราย และสามารถฝังโครงสร้างพื้นฐาน เช่น ทางหลวง เมื่อกองทรายสัมผัสกับกระแสลมหรือกระแสน้ำ กองทรายจะก่อตัวเป็นรูปเนินทรายและเริ่มเคลื่อนที่ไปตามกระแสน้ำ เนินทรายไม่ว่าจะอยู่ในทะเลทราย ก้นแม่น้ำ หรือก้นทะเล ไม่ค่อยเกิดขึ้นอย่างโดดเดี่ยวและมักจะปรากฏเป็นกลุ่มใหญ่ ก่อตัวเป็นรูปแบบที่โดดเด่นที่เรียกว่า เนินทรายหรือทางเดิน เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการโยกย้ายเนินทรายที่ยังเคลื่อนไหวอยู่ โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วของเนินทรายจะผกผันกับขนาดของเนินทราย กล่าวคือ เนินทรายที่เล็กกว่าจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่า และเนินที่ใหญ่กว่าจะเคลื่อนที่ได้ช้ากว่า สิ่งที่ยังไม่เป็นที่เข้าใจคือว่าเนินทรายในทุ่งมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรและอย่างไร Karol Bacik ผู้สมัครระดับปริญญาเอกกล่าวว่า "มีทฤษฎีต่างๆ กันเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของเนินทราย หนึ่งคือ เนินทรายที่มีขนาดต่างกันจะชนกัน และชนกันเรื่อยๆ จนกลายเป็นเนินทรายขนาดใหญ่ก้อนเดียว แม้ว่าปรากฏการณ์นี้ยังไม่มีใครสังเกตเห็นในธรรมชาติ" Karol Bacik ผู้สมัครระดับปริญญาเอกใน ภาควิชาคณิตศาสตร์ประยุกต์และฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของเคมบริดจ์ และผู้เขียนคนแรกของหนังสือพิมพ์ "อีกทฤษฎีหนึ่งคือ เนินทรายอาจชนกันและแลกเปลี่ยนมวลได้ เหมือนกับลูกบิลเลียดที่กระดอนออกจากกัน จนกว่าจะมีขนาดเท่ากันและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน แต่เราจำเป็นต้องตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีเหล่านี้ด้วยการทดลอง" ตอนนี้ Bacik และเพื่อนร่วมงานในเคมบริดจ์ได้แสดงผลลัพธ์ที่ตั้งคำถามกับคำอธิบายเหล่านี้ “เราได้ค้นพบฟิสิกส์ที่ไม่เคยเป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลองมาก่อน” ดร. นาตาลี เฟรนด์ หัวหน้าการวิจัยกล่าว งานส่วนใหญ่ในการสร้างแบบจำลองพฤติกรรมของเนิน ทราย นั้นทำด้วยตัวเลข แต่ Vriend และสมาชิกในห้องปฏิบัติการของเธอได้ออกแบบและสร้างสถานที่ทดลองที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถสังเกตพฤติกรรมระยะยาวของพวกมันได้ ฟลูมที่มีน้ำเป็นเครื่องมือทั่วไปสำหรับศึกษาการเคลื่อนที่ของเนินทรายในห้องปฏิบัติการ แต่จะสามารถสังเกตสันทรายได้จนกว่าจะถึงจุดสิ้นสุดของถังเท่านั้น แต่นักวิจัยของเคมบริดจ์กลับสร้างฟลูมทรงกลมเพื่อให้สามารถสังเกตเนินทรายได้นานหลายชั่วโมงในขณะที่ฟลูมหมุน ในขณะที่กล้องความเร็วสูงช่วยให้สามารถติดตามการไหลของอนุภาคแต่ละตัวในเนินทรายได้ เดิมที Bacik ไม่ได้ตั้งใจศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างเนินทรายสองแห่ง: "เดิมที ฉันใส่เนินทรายหลายอันในถังเพียงเพื่อเร่งการรวบรวมข้อมูล แต่เราไม่ได้คาดหวังว่าจะได้เห็นว่าพวกมันเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร" เขา พูดว่า. เนินทรายทั้งสองเริ่มมีปริมาตรเท่ากันและมีรูปร่างเหมือนกัน เมื่อกระแสน้ำเริ่มไหลผ่านเนินทรายทั้งสอง พวกมันก็เริ่มเคลื่อนตัว "เนื่องจากเรารู้ว่าความเร็วของเนินทรายสัมพันธ์กับความสูงของมัน เราจึงคาดว่าเนินทั้งสองจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน" Vriend ซึ่งประจำอยู่ที่ BP Institute for Multiphase Flow กล่าว "อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่สิ่งที่เราสังเกตเห็น" ในขั้นต้น เนินทรายด้านหน้าเคลื่อนที่เร็วกว่าเนินด้านหลัง แต่เมื่อการทดลองดำเนินต่อไป เนินทรายด้านหน้าเริ่มช้าลง จนกระทั่งเนินทรายทั้งสองเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกือบเท่ากัน สิ่งสำคัญคือ รูปแบบการไหลข้ามเนินทรายทั้งสองนั้นแตกต่างกัน: กระแสน้ำถูกเบี่ยงเบนโดยเนินด้านหน้า ทำให้เกิด 'หมุนวน' บนเนินด้านหลังและผลักมันออกไป "เนินทรายด้านหน้าสร้างรูปแบบความปั่นป่วนที่เราเห็นบนเนินด้านหลัง" เพื่อนกล่าว "โครงสร้างการไหลหลังสันทรายด้านหน้าเหมือนการไหลหลังเรือ และส่งผลต่อคุณสมบัติของเนินถัดไป" ในขณะที่การทดลองดำเนินต่อไป เนินทรายก็แยกออกจากกันมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งสร้างสมดุลบนด้านตรงข้ามของฟลูมวงกลม โดยเหลือระยะห่างกัน 180 องศา ขั้นตอนต่อไปสำหรับการวิจัยคือการค้นหาหลักฐานเชิงปริมาณของการย้ายถิ่นฐานขนาดใหญ่และซับซ้อนในทะเลทราย โดยใช้การสังเกตและภาพถ่ายดาวเทียม การติดตามกลุ่มเนินทรายเป็นเวลานานทำให้เราสังเกตได้ว่ามาตรการเบี่ยงเบนการย้ายถิ่นของเนินทรายนั้นได้ผลหรือไม่