Ученые провели подробное моделирование формирования крошечных дюн-барханов, образующихся на морском дне. Так удалось проследить траектории перемещения отдельных песчинок под воздействием потоков воды. В дальнейшем результаты исследования можно будет использовать для описания более долговременной эволюции огромных барханов в пустынях Земли и Марса.
Ученые из Университета Кампинас (Бразилия) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) подробно исследовали формирование барханов. Так называют дюны — образованные ветром песчаные холмы, имеющие форму полумесяца. Подобный тип рельефа представлен в самых разнообразных ландшафтах и размерах. Крошечные барханы длиной всего несколько сантиметров образуются на дне океана, в пустынях Земли, а на поверхности Марса они раскидываются на много километров и достигают сотен метров в высоту.
До сих пор ученые не проводили расчетов и моделирования роста и эволюции барханов, которые могут формироваться годами на Земле и тысячелетиями на Красной планете. Вычисления, отслеживающие каждую песчинку бархана, оставались невозможны. Однако теперь исследователям удалось сделать это на примере крошечных дюн на дне океана, которые под воздействием воды формируются гораздо быстрее, чем барханы на суше.
Они использовали моделирование CFD-DEM (вычислительная гидродинамика/метод дискретных элементов), чтобы определить морфологию барханов, описать движения отдельных песчинок и параметры потоков жидкости, влияющих на них. Результаты исследования представлены в журнале Physics of Fluids.
Авторы работы применили уравнения движения к каждой песчинке крошечного бархана, деформируемого потоком жидкости. Результаты моделирования сравнили с поведением реальных барханов в водной среде.
Исследование прокладывает путь для дальнейшего изучения формирования барханов. Изменения марсианского и земного рельефов под влиянием ветра происходит в гораздо больших масштабах времени и расстояния, чем в водной среде, в которой барханы длиной в несколько сантиметров появляются за считаные минуты. Тем не менее динамика их образования во многом похожа.
Теперь ученые смогут использовать большие вычислительные ресурсы для моделирования барханов на Земле и других планетах, которые образуются в течение десятилетий или тысячелетий.
