de melkachtige, gladde textuur van strandglas roept een geschiedenis op van turbulent transport, ruwe randen weggeschuurd om rondingen te produceren. Dezelfde gladde kenmerken zijn te zien in rivierrotsen en duinzand.

Door wiskundige modellen te combineren met laboratoriumexperimenten en veldmetingen uit een rivier, een oceaan, en een duingebied, een team onder leiding van de geofysicus Douglas J. Jerolmack van de University of Pennsylvania heeft ontdekt dat dezelfde algemene processen de afronding van die verschillende soorten deeltjes sturen. Ze rapporteerden hun bevindingen in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"We laten zien dat door de wind opgeblazen zand, rivier kiezels, en gegolfde kiezelstenen rondom op dezelfde manier door te botsen, " zegt Jerolmack. "En, belangrijker, we laten zien hoe de natuur selecteert voor de omstandigheden die leiden tot dit universele gedrag."

De wiskundige modellen die de universaliteit van deze evolutie verklaren, zijn de afgelopen decennia gecreëerd, in de poging om het vermoeden van Poincaré te bewijzen, een grote doorbraak in de zuivere wiskunde. Het blijkt dat dezelfde vergelijkingen een tweede hebben, niet minder interessante interpretatie als modellen voor natuurlijke vormevolutie.

Het ontwikkelen van deze algemeenheid over hoe deeltjes rond kunnen helpen wetenschappers de geschiedenis van andere deeltjes samen te voegen, een strategie die Jerolmack en collega's gebruikten om de transportgeschiedenis van kiezelstenen op Mars te reconstrueren in een Nature Communications-artikel uit 2015 dat de waarschijnlijkheid van vloeibaar water op die planeet bevestigde.

Het werk kan onderzoekers ook in staat stellen om de stukjes sediment te volgen die van grotere deeltjes afbreken. Klein maar machtig, deze granen bouwen wetlands, uiterwaarden, en stranden, die van invloed zijn op alles, van de veerkracht van orkanen tot de productiviteit van de landbouw.

Het onderzoeksteam, waaronder Gábor Domokos, een wiskundige aan de Universiteit van Technologie en Economie van Boedapest, en Tímea Novák-Szabó, een postdoctoraal onderzoeker die tijd heeft doorgebracht in de laboratoria van zowel Jerolmack als Domokos, had er eerder over nagedacht hoe rivierrotsen rondgingen. In eerdere studies toonden ze aan dat deze deeltjes eerst glad worden als ze op een rivierbedding stuiteren, hun scherpe hoeken breken af, en dan kleiner worden als ze blijven botsen met andere deeltjes.

In het nieuwe werk ze laten zien hoe eenvoudige geometrie een gemeenschappelijke vormevolutie voorspelt voor de meeste sedimenten, of het nu zandkorrels zijn die door de wind worden geblazen, kalksteenblokken die in een roterende trommel in een laboratorium botsen, of kiezelstenen die door de golven van de oceaan worden omvergeworpen.

Met behulp van datasets van de White Sands-duinen van New Mexico, een Puerto Ricaanse rivierbedding, een Italiaans strand, en het laboratorium van Domokos, de onderzoekers toonden aan dat hun uitgangspunt klopte:botsingen met andere deeltjes zorgden ervoor dat al deze deeltjes op dezelfde manier rondden.

De overeenkomsten ontstaan ​​vanwege de beperkingen die deeltjes die langs een bedding reizen - of het nu een rivier, een duin, of een oceaan-aandeel. Deze deeltjes, vonden de onderzoekers, hebben de neiging om te ontstaan ​​​​als langwerpige vormen, botsen met deeltjes van vergelijkbare grootte, en doe dit met een kracht die het afbreken van kleine fragmenten sediment bevordert, in tegenstelling tot grotere krachten die ervoor kunnen zorgen dat een deeltje in grote stukken uiteenvalt, of zwakke krachten die een oppervlak zoals schuurpapier zouden wegslijten.

Met deze algemene regel nu in de hand, de onderzoekers hebben de wiskundige hulpmiddelen die ze nodig hebben om de transportgeschiedenis van elk sedimentdeeltje te reconstrueren op basis van zijn vorm, het verbeteren van hun vermogen om landschapsevolutie in de tijd te voorspellen.