|
Подводные песчаные дюны проливают свет на марсианские образования
|
|
|
|
Английский поэт Уильям Блейк, как известно, умолял читателей «увидеть мир в песчинке». В журнале Physics of Fluids ученые из Университета Кампинас в Бразилии и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе занимаются именно этим — изучают «зернистую» динамику формирования песчаных дюн в форме полумесяца. Известные как барханы, эти образования обычно встречаются в таких средах, как дюны длиной с палец на дне океана, дюны размером со стадион в земных пустынях и дюны, простирающиеся на километр по поверхности Марса. Однако до сих пор вопиющей нехватки расчетов роста и эволюции барханных дюн в масштабе зерен.
|
|
|
|
«В природе эти дюны могут формироваться годами на Земле или тысячи лет развиваться на Марсе, поэтому, как правило, за последние несколько десятилетий численное моделирование проводилось в больших масштабах», — сказал соавтор Эрик Франклин. «Вычисления, отслеживающие каждое зерно, были практически невозможны. Наши результаты показывают, как выполнять вычисления, чтобы одновременно определить морфологию барханов, движение зерен и детали потока жидкости, которые влияют на силы, воздействующие на каждое зерно». Используя подход CFD-DEM (вычислительная гидродинамика/метод дискретных элементов), Франклин и его коллеги выполнили моделирование, применяя уравнения движения к каждому зерну в куче, деформируемой потоком жидкости.
|
|
|
«Мы изучили различные параметры, участвующие в численных расчетах, выполнив исчерпывающее моделирование с использованием небольших дюн в водной среде и сравнив их с экспериментами. Мы показали диапазоны значений для правильного расчета барханных дюн вплоть до масштаба зерна», — сказал Франклин. «Это исследование помогает проложить путь для дальнейшего изучения передачи сил в дюнах и движения зерен, а также для расширения предмета, чтобы теперь можно было исследовать более крупные дюны с использованием высокой вычислительной мощности». Действительно, в то время как марсианские и земные барханы под влиянием ветра происходят в гораздо больших масштабах времени и длины по сравнению с водными случаями, которые происходят в течение нескольких минут и сантиметров, у них во многом схожая динамика.
|
|
|
|
«С нашими результатами исследовательские группы теперь могут использовать большие вычислительные ресурсы для моделирования барханов в других местах, которые происходят в течение десятилетий или тысячелетий», — сказал Франклин. «Это актуально для геофизиков, гидрологов, климатологов и инженеров, поскольку поможет точно предсказать будущее барханных полей на Земле и Марсе и предоставить отчет об их истории». Авторами статьи «Вычисления барханных дюн в масштабе зерна» являются Николао К. Лима, Виллиан Р. Ассис, Карлос А. Альварес и Эрик М. Франклин. Статья появится в журнале Physics of Fluids 6 декабря 2022 года.
|
|
|
|
Источник
|
