В песчаных волнах скрыт математический "закон"

Везде, где есть песок и атмосфера, преобладающие ветры могут взбивать песчинки в волнистые формы дюн (мегалепестки), радующие глаз своим успокаивающим повторением.

Некоторые песчаные волны с длиной волны от 30 сантиметров до нескольких метров известны как мегалепестки: по размеру они находятся между обычной пляжной рябью и полноценными дюнами, и ученые видели их не только на Земле, но даже на других планетах, таких как Марс, хорошо известный своими всеохватывающими пылевыми бурями.

Помимо размера, ключевой характеристикой этих рябей является размер зерен - поверхность из крупных песчинок над внутренним слоем из гораздо более мелкого материала. Однако эта смесь песчинок никогда не бывает одинаковой, как и ветры, которые дуют на песок и создают рябь.

Теперь исследователи обнаружили удивительную математическую особенность мегалепестков: Если разделить диаметр самых крупных песчинок в смеси на диаметр самых мелких песчинок, то всегда получается одинаковое число - то, что не было замечено ранее за несколько десятилетий исследований.

В будущем это число можно будет использовать для классификации различных типов пульсаций и определения того, какие именно процессы переноса песчинок их формируют, заключают авторы исследования.

"Мы обнаружили, что характерный признак переноса песчинок закодирован в распределениях размеров зерен (РЗЗ), которые взаимодействуют с мегалепестками", - пишут исследователи в опубликованной работе.

Когда ветер хлещет по песку, мегалепестки возникают из-за того, что мелкие песчинки поднимают более крупные. Двигаясь с разной скоростью, крупные песчинки собираются на гребнях ряби, а мелкие обычно оседают во впадинах.

Были изучены образцы с полей мегалепестков в Израиле, Китае, Намибии, Индии, Израиле, Иордании, Антарктиде и Нью-Мексико в США. Дальнейший анализ был дополнен наблюдениями, проведенными на Марсе и в лабораторной аэродинамической трубе.

"Всеобъемлющая коллекция наземных и внеземных данных, охватывающая широкий спектр географических источников и условий окружающей среды, подтверждает точность и надежность этого неожиданного теоретического вывода", - пишут исследователи.

Отличительной особенностью мегалепестков является то, что они более хрупкие, чем мелкая песчаная рябь и большие дюны, и более подвержены капризам переменчивого ветра - если ветер становится слишком сильным, механизмы, создающие мегалепестки, перестают работать.

Исследователи предполагают, что их расчеты могут быть использованы для прогнозирования того, когда это произойдет, и даже для изучения прошлых погодных и климатических условий по отложениям, оставленным предыдущими мегалепестками.

Полученные результаты применимы даже за пределами Земли: они могут дать нам лучшее понимание того, как мегалепестки образуются на таких планетах, как Марс, и какие атмосферные условия необходимы для их возникновения, а не для других типов песчаных волн.

"Если бы мы смогли использовать преобладающие атмосферные условия для объяснения происхождения и миграции земных и внеземных песчаных волн, это стало бы важным шагом", - говорит физик-теоретик Катарина Толен из Лейпцигского университета.

"Тогда можно будет оценить песчаные структуры, которые мы сейчас наблюдаем, например, на Марсе или в окаменелостях и удаленных местах на Земле, как сложные архивы прошлых климатических условий".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.