它們偶爾還是需要些“個人空間”。
不論是在陸地還是在水下,沙丘通常都是成群出現。
當兩個相同的沙丘進行長距離遷移時,物理學家們發現,這些結構會意外地改變它們的速度,最終實現均勻分佈,這便引發了沙丘之間是如何“交流”的猜測。
劍橋大學的物理學家Nathalie Vriend在接受《華盛頓郵報》採訪時說:“它們肯定是在交流。”
顯然,沙丘不能互相對話,但研究人員認為,沙丘對移動它們的力量(如風或水)的影響改變了周圍其它沙丘的影響,使得這些物理結構“傳達”了它們的位置。
這與許多理論模型對沙丘遷移的假定相反,沙丘遷移發生得如此緩慢,距離如此之遠,因此很難研究。
通常,這些結構被視為是能自動推進的自主主體,它們有時候會互相碰撞和消耗,但不一定會相互協作。
劍橋大學的理論物理學家Karol Bacik解釋道:“另一種理論認為,沙丘可能會碰撞並互相交換品質,就像檯球相互碰撞一樣,直到它們大小、移動速度相同。”
他們的新發現使得這兩種解釋都顯得不充分。眾所周知,小沙丘移動速度快,大沙丘移動速度慢,說明大小相似的沙丘會以相同的速度移動;但新的結果表明,情況可能並非總是如此。
相反,兩個具有相同體積和形狀的沙丘可能會互相提示,加速或減速移動到更遠的地方,在此過程中,它們的品質並沒有發生大幅度的交換。
Vriend說:“我們發現了以前在模型中沒被注意到的物理學原理。”
通過建立一個旋轉的充滿水的通道,該團隊能夠讓兩個相同的沙丘一次繞圈旋轉數小時。前方的沙丘一開始並沒有以同樣的速度移動,而是加速了。
當它旋轉了180°,到達環形水道的另一面時,前面的沙丘就放慢了速度和另一個沙丘相同。
“前方沙丘後面的流動結構就像船後方的尾流,”Vriend說道,“並且會影響下一個沙丘的屬性。”
通過在水流中製造湍流,第一個沙丘推動了它後面的沙丘。換句話說,上游的主導結構正在與下游的鄰居相互作用並排斥——通過它們的“溝通”,並且在此過程中,損失的品質極少。
以前在衛星影象中已經觀察到了這種對附近沙丘的排斥作用,但其背後的力量從未被解開。
即使研究人員將其混合起來,把兩個大小稍不同的沙丘放進通道,他們也會發現類似的效果。前面較大的沙丘最初會加速,然後,隨著沙丘之間的間隔增加,前方的沙丘的尾流變弱,較小的下游沙丘開始加速。
最終,這種沙丘的“排斥效應”使兩個結構相互平衡,因此它們會以相同的速度行駛,防止任何可能的碰撞。
作者寫道:“因此,我們的結論是,自然水下沙丘場的結構是由這項工作中觀察到的沙丘-沙丘排斥機制控制並加以穩定的。”
如果這種活動也存在於陸地上,它可能對氣候變化的準備工作非常重要。多年來,全球變暖增加了世界上某些地區沙丘的運動,包括美國、非洲和南極洲。
搞清楚這些巨大的沙丘將走向何方,以及它們如何移動,可以讓我們提前建設好基礎設施,提前攔住那些遷徙而來的沙子。