Холмы живут потоками физики

Горы выглядят солидно. Но это может быть просто мираж. В очень долгих временных масштабах пейзажи ползут и текут, как липкие потоки.

До недавнего времени большинство ученых утверждали, что такие вещи, как ямы с животными, упавшие деревья, землетрясения и удары молнии, были ответственны за искажение большей части топографии мира. Но новые эксперименты с использованием ультратонких лазеров на кучах песка показывают, что ползучесть является неотъемлемой частью любой среды и будет происходить даже при отсутствии всех других мер.

«Все постоянно движется, — сказал Накул Дешпанде, докторант геофизики из Пенсильванского университета. «Это не просто аналогия. Это реально, вот что происходит».

Г-н Дешпанде, изучающий ландшафтную науку, недавно внимательно изучил вторжение (геологический процесс, Не песня Radiohead). Исследователям давно известно, что рыхлые возобновляемые почвы постоянно перемещаются, уменьшаются и меняются со скоростью несколько сантиметров в год.

Но получить хорошие данные сканирования всегда было сложно. Следы, похороненные на склонах холмов, будут смещены в течение десятилетий, но выявить точные причины таких изменений практически невозможно.

В лаборатории г-н Десванд и его коллеги поместили большие пирамидальные насыпи из песка на вибро-увлажнитель, выключили все освещение и поддерживали постоянную температуру и влажность. Они бросили лазер в стопку таким образом, чтобы лучи света отражались и мешали друг другу, создавая пятнистый узор на детекторе.

Наблюдая за тонкими изменениями в узоре, они могут наблюдать мельчайшие движения песчинок с масштабом в одну миллионную метра. Такие материалы, как песок, имеют так называемый естественный угол покоя — если стороны холма станут круче определенного угла, его зерна будут уноситься вниз, образуя миниатюрные оползни.

Г-н Дешпанде и его коллеги возвели свои песчаные пирамиды ниже угла покоя, что означает, что теоретически они должны были там сидеть. Однако их лазерные пятна показали, что примерно через две недели после заливки сваи песчинки все еще двигались очень слабо, со скоростью примерно равной сантиметру в год, что примерно наблюдается при ползании по полю. Их результаты появились Среда в Nature Communications.

Результаты удивили даже членов команды. «Хотя я думал, что это может произойти, это все равно страшно», — сказал Дуглас Герольмак, геофизик и советник г-на Дешпанде.

Однако лаборатория не полностью отделена от окружающей среды, и исследователи не могут быть уверены, что самолет над ней так или иначе помешал их эксперименту. Чтобы подтвердить свою интуицию, они также провели компьютерное моделирование с виртуальными песчинками, которые не подвержены ничему, кроме сил гравитации и трения, и наблюдали за теми же бесконечными движениями, что и с кучей в реальном мире.

Для дальнейшего изучения того, что влияет на ползучесть, команда внесла небольшие изменения в груды песка. Например, они нагревали сваи, в результате чего зерна термически расширялись и увеличивалась скорость их скольжения.

Натали Френд, геофизик из Кембриджского университета, которая не принимала участия в новом исследовании, скептически относилась к тому, что ползучесть может происходить в отсутствие внешних возмущений. Но после того, как она провела несколько собственных экспериментов и услышала, как г-н Дешпанде представил свои открытия на конференции в марте, ей пришла в голову идея.

«Я помню, как слушала и говорила:« Это действительно классная работа », — сказала она. — Как эмпирик, я ценю, когда люди находят новые методы для измерения того, что ранее было скрыто».

Согласившись с тем, что экспериментальные результаты интересны и новы, Анне Фойгтлендер, геоморфолог из Немецкого центра геонаукных исследований GFZ, не совсем уверена, что их можно проводить вне контролируемой лабораторной среды. «Я не думаю, что это тот момент, когда вы сможете применить это», — сказала она.

Знание, как подтвердить результаты команды в реальном мире, «является открытым вопросом», — сказал г-н Дешпанде.

Но он и доктор Джерулмак чувствуют, что они открыли новые способы исследования геофизических процессов и показали, что лежащие в основе предположения могут быть не такими твердыми, как считалось ранее.

«Я не могу ходить по холмам, не видя вещи по-другому», — сказал г-н Дешпанде. «Теперь я знаю, что есть вещи, скрытые за тем, как я вижу вещи».