Ook al zijn het levenloze objecten, zandduinen kunnen met elkaar 'communiceren'. Een team van de Universiteit van Cambridge heeft ontdekt dat als ze bewegen, zandduinen interageren met hun stroomafwaartse buren en stoten ze af.

Met behulp van een experimentele duin 'racebaan', zagen de onderzoekers dat twee identieke duinen dicht bij elkaar beginnen, maar na verloop van tijd raken ze steeds verder uit elkaar. Deze interactie wordt gecontroleerd door turbulente wervelingen van het bovenstroomse duin, die het benedenstroomse duin wegduwen. De resultaten, gerapporteerd in het journaal Fysieke beoordelingsbrieven , zijn essentieel voor de studie van duinmigratie op lange termijn, die de scheepvaartkanalen bedreigt, verhoogt woestijnvorming, en kan infrastructuur zoals snelwegen begraven.

Wanneer een hoop zand wordt blootgesteld aan wind of waterstroming, het vormt een duinvorm en begint met de stroming stroomafwaarts te bewegen. Duinen, of het nu in woestijnen is, op rivierbodems of zeebodems, komen zelden geïsoleerd voor en verschijnen in plaats daarvan meestal in grote groepen, vormen opvallende patronen die bekend staan ​​als duinvelden of gangen.

Het is bekend dat actieve zandduinen migreren. In het algemeen, de snelheid van een duin is omgekeerd aan zijn grootte:kleinere duinen bewegen sneller en grotere duinen bewegen langzamer. Wat niet is begrepen, is of en hoe duinen binnen een veld met elkaar omgaan.

"Er zijn verschillende theorieën over duininteractie:een daarvan is dat duinen van verschillende groottes zullen botsen, en blijf botsen, totdat ze één gigantische duin vormen, hoewel dit fenomeen nog niet in de natuur is waargenomen, " zei Karol Bacik, een doctoraat kandidaat in Cambridge's Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, en de eerste auteur van het papier. "Een andere theorie is dat duinen kunnen botsen en massa kunnen uitwisselen, een beetje zoals biljartballen die op elkaar stuiteren, totdat ze even groot zijn en met dezelfde snelheid bewegen, maar we moeten deze theorieën experimenteel valideren."

Nutsvoorzieningen, Bacik en zijn Cambridge-collega's hebben resultaten laten zien die deze verklaringen in twijfel trekken. "We hebben natuurkunde ontdekt die nog niet eerder in het model was opgenomen, " zei dr. Nathalie Vriend, die het onderzoek leidde.

Het meeste werk bij het modelleren van het gedrag van zandduinen wordt numeriek gedaan, maar Vriend en de leden van haar lab ontwierpen en bouwden een unieke experimentele faciliteit die hen in staat stelt hun gedrag op de lange termijn te observeren. Met water gevulde goten zijn veelvoorkomende hulpmiddelen voor het bestuderen van de beweging van zandduinen in een laboratoriumomgeving, maar de duinen kunnen alleen worden waargenomen totdat ze het einde van de tank bereiken. In plaats daarvan, de Cambridge-onderzoekers hebben een cirkelvormige goot gebouwd zodat de duinen urenlang kunnen worden waargenomen terwijl de goot draait, terwijl ze met hogesnelheidscamera's de stroom van individuele deeltjes in de duinen kunnen volgen.

Het was oorspronkelijk niet de bedoeling van Bacik om de interactie tussen twee duinen te bestuderen:"Oorspronkelijk, Ik heb meerdere duinen in de tank gedaan om het verzamelen van gegevens te versnellen, maar we hadden niet verwacht te zien hoe ze met elkaar begonnen om te gaan, " hij zei.

De twee duinen begonnen met hetzelfde volume en in dezelfde vorm. Toen de stroom over de twee duinen begon te stromen, ze begonnen te bewegen. "Omdat we weten dat de snelheid van een duin gerelateerd is aan de hoogte, we verwachtten dat de twee duinen met dezelfde snelheid zouden bewegen, " zei Vriend, die is gebaseerd op het BP Institute for Multiphase Flow. "Echter, dit is niet wat we hebben waargenomen."

aanvankelijk, de voorste duin bewoog sneller dan de achterste duin, maar naarmate het experiment vorderde, de voorste duin begon te vertragen, totdat de twee duinen met bijna dezelfde snelheid bewogen.

Cruciaal, het stromingspatroon over de twee duinen bleek anders te zijn:de stroming wordt afgebogen door het voorste duin, het genereren van 'wervelingen' op het achterste duin en het wegduwen. "De voorste duin genereert het turbulentiepatroon dat we op de achterste duin zien, " zei Vriend. "De stromingsstructuur achter het voorste duin is als een kielzog achter een boot, en beïnvloedt de eigenschappen van het volgende duin."

Naarmate het experiment vorderde, de duinen raakten steeds verder uit elkaar, totdat ze een evenwicht vormen aan weerszijden van de cirkelvormige goot, 180 graden uit elkaar blijven.

De volgende stap voor het onderzoek is het vinden van kwantitatief bewijs van grootschalige en complexe duinmigratie in woestijnen, met behulp van waarnemingen en satellietbeelden. Door duinenclusters over lange perioden te volgen, we kunnen zien of maatregelen om de duintrek om te buigen effectief zijn of niet.