В создании песчаных дюн лежит строгая математическая закономерность

Везде, где есть песок, ветры могут придавать ему волнообразные формы – так образуются всем известные дюны. Песчаные волны с длиной волны от 30 сантиметров до нескольких метров известны как мегарябь: их размеры колеблются между обычной пляжной рябью и крупными дюнами, которые ученые видели не только на земной поверхности, но и на Марсе, известном своими пылевыми бурями.
Помимо размера, ключевой характеристикой рябей “среднего звена” является размер “зерна” – твердая поверхность крупных песчинок поверх гораздо более тонкого материала внутри. Эта смесь песчинок никогда не бывает одинаковой, как не повторяются и ветры, создающие рябь.
Новое исследование опубликовано в Nature Communications.
В этой своей работе ученые обнаружили удивительную математическую особенность мегаряби: если разделить диаметр самых крупных зерен в смеси на диаметр самых мелких зерен, всегда будет получаться одинаковое число. В течение нескольких десятилетий исследований эту закономерность никто не замечал.

Поперечные эоловые гребни – тип мегаряби, наблюдаемый на Марсе.
Авторы исследования заключают, что в будущем это число можно будет использовать для классификации различных типов волн и того, какие именно процессы их сформировали. +Когда ветер хлещет по песку, мелкая рябь возникает из-за того, что мелкие песчинки толкают более крупные. Перемещаясь с разной скоростью, крупные зерна собираются на гребнях ряби, а мелкие обычно оседают во впадинах.
Образцы были изучены на дюнах в Израиле, Китае, Намибии, Индии, Израиле, Иордании, Антарктиде и Нью-Мексико в США. Также данные и их анализ были добавлены из наблюдений, сделанных на Марсе и в лабораторной аэродинамической трубе.
«Обширная коллекция наземных и внеземных данных, охватывающая широкий спектр географических источников и условий окружающей среды, подтверждает точность и надежность этого неожиданного теоретического открытия», — пишут исследователи.
Мегарябь отличает еще и то, что она более хрупкая, чем мелкая песчаная рябь и более крупные дюны, а еще более восприимчива к капризам меняющихся ветров — если ветер становится слишком сильным, механизмы, создающие мегарябь, перестают работать.
Полученные результаты применимы как на нашей планете, так и за ее пределами: они могут дать нам лучшее понимание того, как мегарябь создается на таких планетах, как Марс, и какие атмосферные условия необходимы для их образования.
«Если бы мы могли использовать преобладающие атмосферные условия для объяснения происхождения и миграции земных и внеземных песчаных волн, это было бы важным шагом, — отмечает физик-теоретик Катарина Толен из Лейпцигского университета. – Тогда можно будет оценить песчаные структуры, которые мы сейчас наблюдаем, например, на Марсе или в окаменелостях и отдаленных местах на Земле».