Wetenschappers van EPFL en SLF beschrijven met precisie hoe sneeuw- en zandoppervlakken eroderen wanneer ze worden blootgesteld aan wind. Hun beschrijving kan bijdragen aan betere voorspellingen van stofemissies van woestijnen en sneeuwtransport op Antarctica, en kan worden aangepast aan andere planeten.

Wind en water transporteren een veelheid aan deeltjes met zich mee, leidend tot erosie of afzettingen, zoals stofemissies uit de Sahara-woestijn die Europa kunnen bereiken en sneeuwtransport dat het verkeer kan blokkeren.

Francesco Comola en Michael Lehning van EPFL en SLF beschrijven nauwkeurig hoe windstroming een generiek oppervlak van niet-homogene deeltjes beïnvloedt, zoals sneeuw of zand, met behulp van een nieuwe theorie die op een dag de weersvoorspellingen zal helpen verbeteren. De resultaten zijn nu beschikbaar in Vol. 44, Nr. 3 van Geofysische onderzoeksbrieven .

Er bestaan ​​al beschrijvingen van wind- of watertransport, maar dit is de eerste keer dat fundamentele wetten – de tweede wet van Newton en energiebehoud – worden gebruikt om te beschrijven hoe deeltjes uit een bed van deeltjes worden geworpen.

"Het is een mijlpaal omdat het verbazingwekkend is dat het proces van het uitwerpen van deeltjes tot nu toe nooit is beschreven met behulp van de fundamentele behoudswetten, " zegt Lehning, "althans niet voor een breed scala aan sedimenten, van heterogeen zand tot sneeuw."

De nieuwe theorie is krachtig genoeg om statistisch het aantal deeltjes te voorspellen dat van het oppervlak van het deeltjesbed wordt uitgestoten en in de stroom wordt getild, zelfs voor wisselende deeltjesgroottes en wisselende materiaal- of vloei-eigenschappen.

De theorie kan worden gezien als een generalisatie van hoe biljartballen tijdens die eerste slag door de witte bal worden verspreid. Maar in veel opzichten de biljarttafel is een triviaal geval vergeleken met bedden van deeltjes in de natuur. In plaats van een bed van slechts 15 biljartballen, het model kan grote aantallen deeltjes aan en kan daarom worden toegepast op uitgestrekte gebieden op aarde of andere planeten. In plaats van slechts één witte bal te hebben, er kunnen veel invallende deeltjes zijn. In plaats van biljartballen van dezelfde vorm en grootte te hebben, de deeltjes kunnen een mix van vormen en maten zijn, zoals we zien in een handvol zand of sneeuw. In plaats van biljartballen die elkaar niet aantrekken of afstoten, de deeltjes kunnen plakkerig zijn door cohesiekrachten, zoals nat zand of vochtige sneeuw.

De wetenschappers geloven dat hun nieuwe model de studie van de ontwikkeling van duinen en rimpelingen zal bevorderen, zowel in droge als in poolgebieden. Het zal ook bijdragen aan betere voorspellingen van stofemissies door woestijnen en sneeuwtransport op Antarctica, waarvan de effecten zich uitstrekken van wereldwijde gezondheid tot weer en klimaatverandering. Het model kan ook helpen bij het vinden van de oorzaak van de intense zandtransportactiviteit die op Mars is waargenomen, waar de lage dichtheid van de atmosfeer zou suggereren dat de wind niet sterk genoeg is om oppervlaktedeeltjes te eroderen.