主題：地質地球物理學熱門劍橋大學
由 劍橋大學 2020年2月3日
即使它們是無生命的物體，沙丘也可以彼此“交流”。劍橋大學的一個研究小組發現，沙丘在移動時會與下游鄰居互動並互相排斥。
研究人員使用實驗沙丘“跑道”，觀察到兩個相同的沙丘開始時靠得很近，但是隨著時間的流逝，它們之間的距離越來越遠。這種相互作用是由上游沙丘的湍流漩渦控制的，該湍流將下游沙丘推開。該結果發表在《 物理評論快報》上，是長期沙丘遷移研究的關鍵，沙丘遷移威脅著運輸渠道，加劇了沙漠化，並可能掩埋高速公路等基礎設施。
實驗水槽設置中的沙丘。學分：劍橋大學
當一堆沙子暴露在風或水流中時，它形成沙丘形狀，並開始隨水流向下游移動。沙丘，無論是在沙漠中，在河底還是在海床中，都很少單獨發生，而是通常成群出現，形成醒目的沙丘場或走廊。
眾所周知，活躍的沙丘會遷移。一般來說，沙丘的速度與其大小成反比：較小的沙丘移動較快，而較大的沙丘移動較慢。尚未了解的是沙丘中的沙丘是否以及如何相互作用。
使用高速攝像機，研究人員可以在圓形水槽實驗中追蹤沙丘的運動。學分：劍橋大學
“關於沙丘相互作用的理論不同：一種是，不同大小的沙丘會碰撞並保持碰撞，直到形成一個巨大的沙丘，儘管這種現象在自然界中還沒有發現，”博士Karol Bacik說道。 。劍橋大學應用數學和理論物理系的候選人，該論文的第一作者。“另一種理論認為，沙丘可能會碰撞並交換質量，就像撞球一樣彈起，直到它們大小相同且以相同的速度運動，但我們需要通過實驗驗證這些理論。”
現在，巴奇克和他的劍橋同事已經顯示出質疑這些解釋的結果。領導這項研究的Nathalie Vriend博士說：“我們已經發現了物理化學，它以前不是模型的一部分。”
圓形水槽使研究人員能夠研究沙丘的長期運動。學分：劍橋大學
建模沙丘行為的大部分工作都是通過數字完成的，但是Vriend和她的實驗室成員設計並構建了獨特的實驗設施，使他們能夠觀察其長期行為。充滿水的水槽是在實驗室環境中研究沙丘運動的常用工具，但是隻有在沙丘到達水箱末端時才能觀察到。取而代之的是，劍橋大學的研究人員建立了一個圓形的水槽，以便在水槽旋轉時可以觀察沙丘數小時，而高速攝像頭則可以讓他們跟蹤沙丘中單個顆粒的流動。
Bacik最初並不是要研究兩個沙丘之間的相互作用的：“本來，我在坦克中放了多個沙丘，只是為了加快數據收集的速度，但我們沒想到看到它們是如何開始相互作用的，”他說過。
兩個沙丘以相同的體積和相同的形狀開始。當水流開始在兩個沙丘之間移動時，它們開始移動。BP多相流研究所的Vriend說：“由於我們知道沙丘的速度與其高度有關，因此我們希望兩個沙丘以相同的速度運動。” “但是，這不是我們觀察到的。”
最初，前沙丘的移動速度比後沙丘的移動快，但是隨著實驗的進行，前沙丘開始減速，直到兩個沙丘以幾乎相同的速度移動。
至關重要的是，觀察到兩個沙丘之間的流動方式不同：流動由前沙丘偏轉，在後沙丘上產生“漩渦”並將其推開。弗裡恩德說：“前沙丘產生了我們在後沙丘上看到的湍流形態。” “前沙丘後面的流動結構就像小船後的尾流，並影響下一個沙丘的性質。”
隨著實驗的繼續，沙丘之間的距離越來越遠，直到它們在圓形水槽的兩側形成平衡，並保持180度的間隔。
該研究的下一步是使用觀測和衛星圖像，找到沙漠中大規模和複雜沙丘遷移的定量證據。通過長期跟蹤沙丘群，我們可以觀察到轉移沙丘遷移的措施是否有效。
這項研究部分由斯倫貝謝劍橋研究有限公司資助。
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