Tudomány

A dombok élnek a fizika áramlásával

A hegyek szilárdnak tűnnek. De ez csak délibáb lehet. Rendkívül hosszú időskálán a természeti tájak kúsznak és áramlanak, mint a viszkózus patakok.

Egészen a közelmúltig a legtöbb tudós azt mondta volna, hogy olyan dolgok, mint az állatok elásása, a fák kidőlése, a földrengések és a villámcsapások felelősek a világ terepének nagy részében történő deformációért. De az új kísérletek, amelyek ultraprecíziós lézersugarak homokkupacokra lövését tartalmazzák, ehelyett arra utalnak, hogy a kúszás minden környezet velejárója, és minden más cselekvés hiányában is megtörténne.

“Minden folyamatosan mozog” – mondta Nakul Deshpande, a Pennsylvaniai Egyetem geofizikai doktorjelöltje. – Ez nem csak hasonlat. Ez valóságos, ez történik. ”

Deshpande úr, aki a táj tudományát tanulmányozza, a közelmúltban alaposan szemügyre vette a kúszást (a geológiai folyamatot, nem a Radiohead dal.) A kutatók régóta tudják, hogy a laza, viharvert talaj kitartóan mozog, évente centiméteres sebességgel zuhan és változik.

A kúszásról azonban mindig nehéz volt jó adatokat szerezni. A domboldalakba temetett jelzők évtizedek alatt elmozdulnak, de az ilyen változások pontos okainak elkülönítése szinte lehetetlen.

A laboratóriumban Mr. Desphande és munkatársai nagy piramis alakú homokkupacokat tettek egy rezgéscsillapító asztalra, eloltották az összes lámpát, és állandó hőmérsékletet és páratartalmat tartottak. Úgy ragyogtak egy lézert a kupacra, hogy a fénysugarak visszapattanjanak és zavarják egymást, és egy detektoron pettyes mintát hoztak létre.

A mintázat enyhe változásainak keresésével megfigyelhették a homokszemek finom mozgásait a milliomodméteres skálán. Az olyan anyagok, mint a homok, úgynevezett természetes nyugalmi szöggel rendelkeznek – ha a halom oldalai meredekebbek lesznek, mint egy bizonyos szög, akkor szemcséi miniatűr földcsuszamlásokban lefelé söpörnek.

Deshpande úr és kollégái homokpiramisaikat a nyugalmi szög alatt állították fel, vagyis elméletileg csak ott kellett volna ülniük. Lézerfoltjaik mégis azt mutatták, hogy a cölöp öntése után csaknem két héttel a homokszemcsék még mindig enyhén mozogtak, évente centimétereknek megfelelő sebességgel, nagyjából pontosan úgy, ahogy a kúszásnál megfigyelték a terepen. Megállapításaik megjelentek Szerda a Nature Communications folyóiratban.

Az eredmények még a csapat tagjai számára is meglepőek voltak. “Bár azt hittem, hogy ez megtörténhet, még mindig hátborzongató” – mondta Douglas Jerolmack, geofizikus és Mr. Deshpande tanácsadója.

Mégis, egy laboratórium nincs teljesen leválasztva a környezetéről, és a kutatók nem voltak biztosak abban, hogy egy felső repülőgép valahogy nem zavarta meg kísérletüket. Hogy megérezzék sejtéseiket, szimulációkat is végeztek egy számítógépen, virtuális homokszemekkel, amelyek csak a gravitációs és súrlódási erőknek voltak kitéve, és ugyanazokat a végtelenül kisebb mozgásokat látták, mint a való halomnál.

Annak érdekében, hogy tovább tanulmányozza, mi befolyásolja a kúszást, a csapat apró változtatásokat vezetett be homokkupacain. Például felmelegítették a kupacokat, amelyek hővel kitágították a szemcséket, és megnövelték a sebességüket.

Nathalie Vriend, a Cambridge-i Egyetem geofizikusa, aki nem vett részt az új tanulmányban, szkeptikus volt abban, hogy a kúszás külső zavarok hiányában történhet-e. De miután elvégezte néhány saját kísérletét, és meghallotta, ahogy Deshpande bemutatja eredményeit egy márciusi konferencián, rátért az ötletre.

“Emlékszem, hogy hallgattam és azt mondtam:” Ez nagyon jó munka “- mondta. “Kísérleti szakemberként nagyra értékelem, amikor az emberek új technikákat találnak a korábban rejtett dolgok mérésére.”

Annak ellenére, hogy egyetértett abban, hogy a kísérleti eredmények érdekesek és újszerűek, Anne Voigtländer, a GFZ Német Földtudományi Kutatóközpontjának geomorfológusa nem volt teljesen biztos abban, hogy még az ellenőrzött laboratóriumi környezeten kívül is kivitelezhetők-e. “Nem hiszem, hogy olyan szakaszban lenne, ahol alkalmazhatnád” – mondta.

Annak kiderítése, hogy miként lehet megerősíteni a csapat valós eredményeit, „nyitott kérdés” – mondta Mr. Deshpande.

De ő és Dr. Jerolmack úgy érzik, hogy új utakat nyitottak a geofizikai folyamatok felkutatására, és megmutatták, hogy az alapkőzet-feltevések nem biztos, hogy szilárdak, mint azt egykor hitték.

“Nem mehetek egy sétára a dombokon, anélkül, hogy másképp látnám a dolgokat” – mondta Mr. Deshpande. “Most már tudom, hogy vannak dolgok a fátyol alatt, ahogyan felfogom a dolgokat.”