Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Почему образуются песчаные дюны? Как они могут двигаться? Когда сталкиваются две песчаные дюны, как могут они сначала объединиться, а потом разделиться? Как песчаная дюна может заставить другую дюну расступиться, чтобы освободить ей проход? На фотографиях со спутников видно, что в некоторых пустынях, например в Ливийской, дюны выстраиваются почти параллельно друг другу. Почему так происходит?

ОТВЕТ • Продольные дюны — длинные песчаные валы, ориентированные в направлении господствующих ветров. Барханы — дугообразные дюны, выгнутые в направлении, перпендикулярном ветру, а их «рога» (концы) вытянуты по ветру. Все дюны образуются из простой песчаной ряби и обязаны своим появлением способности ветра перетряхивать песчинки. Многие годы, а может быть и столетия, песчинки сгоняются в растущие холмы. Однажды образовавшийся холмик столь ревностно собирает песок, что рядом с ним другие холмики либо разрушаются, либо вообще не образуются.

Когда речь заходит о дюнах, вы, вероятно, представляете себе бархан (движущуюся дугообразную дюну), хотя они встречаются достаточно редко. Одиночный бархан постепенно движется по пустыне (или вдоль дорог и через небольшие деревушки), поскольку подхваченный ветром песок с наветренной стороны перебрасывается на подветренную сторону. Постепенно подветренная сторона бархана становится слишком крутой, затем происходит обвал, уносящий песок к основанию бархана, уменьшая угол наклона поверхности и так стабилизируя ее. Так год за годом бархан сдвигается в направлении ветра.

Барханы, которые можно видеть на аэрофотоснимках, часто расположены странным образом друг относительно друга: рог одного из барханов находится напротив центральной части другого (рис. 2.35a). Это связано с тем, как дюна, расположенная с наветренной стороны, меняет воздушный поток. По прошествии достаточно долгого времени поменявший направление ветер может изменить форму дюны с подветренной стороны, что и приводит к такой необычной картине.

Рис. 2.35 / Задача 2.111.a) Вид сверху на два бархана. б) Создается впечатление, что маленькая дюна проходит через большую.

За время человеческой жизни практически нельзя увидеть, как одна дюна обгоняет другую. Но если миниатюрные дюны образуются в потоке воды, все это займет считаные минуты. Взаимодействие двух дюн происходит из-за того, что дюна, находящаяся выше по течению, изменяет характер течения воды. Кажется, что вода размывает центр расположенной ниже по течению дюны, чтобы образовался проход. На самом деле маленькая дюна выше по течению сливается с большей дюной ниже по течению, а затем от нее отделяется новая маленькая дюна (рис. 2.35б). Создается впечатление, что маленькая дюна прошла сквозь большую.

Расположенные почти параллельно продольные дюны образуются вследствие возникновения вихрей, или так называемой лэнгмюровской циркуляции . Там, где ветер дует над бескрайними плоскими песчаными пространствами, воздушный поток разбивается на горизонтальные вихревые трубы. Посмотрев вдоль одной из таких труб в направлении ветра, вы увидите, что проходящий через нее воздух медленно циркулирует либо по часовой стрелке, либо против (то, как движется воздух, можно увидеть с помощью дыма). В соседних вихревых трубах воздух циркулирует в разные стороны. Предположим, что мы смотрим в трубу, где воздух движется по часовой стрелке. Тогда по земле воздушный поток движется влево. В соседней слева трубе воздух циркулирует против часовой стрелки, а значит, на земле этот поток движется вправо. Поскольку такие два потока сходятся, они стремятся перенести песок в место «встречи». Именно там происходит образование продольной дюны. С другой стороны вихревой трубы потоки вместе не сходятся, и дюна не образуется. Поскольку вихревые трубы представляют собой почти прямые линии, продольные дюны тоже образуются вдоль прямых линий на расстоянии порядка удвоенной ширины трубы друг от друга.

Почему на песчаном пляже большинство камней наклонены в направлении господствующих ветров и почему ко многим камням примыкают песчаные отмели? На некоторых пляжах можно видеть песчаные образования в форме башен: возвышающиеся колонны из влажного песка, на которых заметны разные слои песка. Они напоминают башни замка из многослойного торта. Обычно такие колонны окружены сухим песком.

Самые красивые формации можно увидеть в песчаных пустынях. Это ярданги — выступающие из песка скальные образования, напоминающие перевернутые корабли. Некоторые из них не больше ладони, другие же достигают сотен метров в длину. Подобные образования встречаются не только на Земле, но и на Марсе. Как же образуются ярданги?

ОТВЕТ •Если на пляже, где дует ветер, есть камень, хоть немного выступающий из сухого песка, ветер выкапывает перед камнем углубление и перебрасывает песок на другую сторону, где формируется песчаный выступ. В результате камни постепенно склоняются в сторону углубления, то есть по направлению к ветру. Если камень сверху плоский, ветер сначала окапывает его со всех сторон. Камень оказывается как бы на пьедестале. Затем ветер выкапывает песок перед подставкой, на которой стоит камень, и в конце концов камень наклоняется в направлении ветра. Там, где песок влажный, ничего подобного не происходит: жидкие связки скрепляют песчинки так сильно, что сдвинуть их с места нелегко. Однако ветер постепенно высушивает верхний слой песка, и тогда ветер может легко смести песчинки или их может подхватить летящий песок. Конечно, и потоки воды, например набегающие волны, вымывают песок из-под камней.

Башенки появляются на слипшемся (обладающем когезионной прочностью) песке за счет осадков, водяной пыли или просачивания воды из нижних слоев песка. Если в последних двух случаях увлажнение песка происходит на изолированных участках, именно эти места намокают и здесь песок слипается. Случается, что образовавшиеся возвышения на какое-то время покрывает сухой песок, но постепенно ветер и летящий песок сдувают его. В результате остаются отдельно стоящие башенки или горки.

Итак, ярданги — это скальные образования, обязанные своему появлению ветру и эрозии песка. Ветер уносит со скал песок, обнажая их, а затем обдувает скалы песчаными струями. Скалы постепенно обтачиваются, превращаясь в узкие, вытянутые вдоль направления господствующего ветра гребни. Многие ярданги напоминают изогнувшуюся кошку. Возможно, именно ярданги в пустынях вблизи берегов Нила вдохновили древних египтян на создание сфинксов.