Моделирование формирования небольших дюн-барханов, возникающих на морском дне, провели ученые. Это позволило отследить, как потоки воды перемещают отдельные песчинки. Полученные результаты в будущем можно будет применять для изучения долгосрочной эволюции крупных барханов в пустынях на Земле и Марсе.
Бразильские ученые из Университета Кампинаса и исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе провели детальное изучение процесса формирования барханов – песчаных дюн, имеющих форму полумесяца и образующихся под воздействием ветра. Этот тип рельефа встречается в самых разных ландшафтах и может значительно варьироваться по размеру. Небольшие барханы, достигающие всего нескольких сантиметров в длину, могут образовываться на дне океана, в пустынных районах Земли, а на поверхности Марса они простираются на километры и достигают высоты в сотни метров.
До настоящего времени ученые не выполняли расчеты и моделирование роста и эволюции барханов, формирование которых может занимать годы на Земле и тысячелетия на Марсе. Выполнение вычислений, позволяющих отследить движение каждой песчинки бархана, ранее считалось невозможным. Тем не менее, исследователям удалось разработать такую возможность, изучив на примере небольших дюн на дне океана, формирующихся под воздействием воды значительно быстрее, чем барханы на суше.
Для определения формы барханов, описания перемещения отдельных песчинок и характеристик потоков жидкости, воздействующих на них, применялось моделирование, сочетающее вычислительную гидродинамику и метод дискретных элементов (CFD-DEM). Результаты исследования представлены в журнале Physics of Fluids.
Для изучения деформации крошечного бархана, подверженного воздействию потока жидкости, авторы использовали уравнения движения, применяя их к каждой песчинке. Полученные результаты моделирования были сопоставлены с наблюдаемым поведением реальных барханов в водной среде.
Новое исследование открывает возможности для дальнейшего изучения формирования барханов. Эрозия марсианского и земного рельефа ветром происходит в гораздо больших масштабах времени и пространства, чем в водной среде, где барханы длиной в несколько сантиметров могут образовываться за считаные минуты. Несмотря на это, механизмы их образования во многом схожи.
Благодаря увеличению вычислительных мощностей ученые получили возможность моделировать формирование барханов, как на Земле, так и на других планетах, которые создаются на протяжении десятилетий и тысячелетий.