Winziger Kollisionen macht Sandstürme

(ISNS)--Sandstürme können Millionen Tonnen Boden aufkehren und senden, Staub wirbelt für Tausende von Meilen entfernt. Obwohl diese Stürme enorm mächtig erscheinen, einige ihrer Stärke tatsächlich leitet sich von der kleinsten Quellen: die Luft Zusammenstöße zwischen einzelnen Körner aus Sand oder Staub.

Wenn Schwebeteilchen smash in den Boden während eines Sandsturms, werfen sie landgestützten Partikel in die Atmosphäre, wie Wasser aus einem See plantschen. Dieser Vorgang, genannt Saltation, fährt noch mehr Schmutz und Staub in die Atmosphäre. Einige dieser Teilchen wird in die Luft wie Saltons, fliegen, während so genannte Reptons wieder nach unten fallen und letztlich erdgebunden bleiben.

Aber eine neue Studie in Physical Review Letters deutet darauf hin, dass ein Teilchen Schicksal hängt mehr als nur diese Boden-Spritzer. Eine Kollision in der Luft kann eine einzelne Teilchen Verhalten ändern — und die Bewegung des Sturms als Ganzes.

Um die Auswirkungen dieser Kollisionen untersuchen, ein internationales Team von Forschern erstellt ein dreidimensionales Computermodell, das das Verhalten der einzelnen Partikel während eines Sandsturms, geben jedem Teilchen etwa die gleichen Abmessungen wie ein Sandkorn beinhaltet.

Als die Wissenschaftler ihre Simulation Luft Kollisionen ignorieren erzählte, war die Strömung des Sturms drei Mal schwächer als wenn der Computer in der Zusammenstöße berücksichtigt. Das klingt eingängig – würden Sie erwarten, dass ein Teilchen Flugbahn zu verkürzen würde Absturz in ein Hindernis, nicht zu erhöhen. Jedoch können Luft Kollisionen mehr hochfliegenden Saltons erstellen, die mehr Schmutz in den Sturm zu fahren.

"Saltons pass die meiste Zeit in der Luft, und wegen der, dass sie mehr Geschwindigkeit durch die Wechselwirkung mit dem Wind gewinnen", erklärte Mitautor Nuno Araujo des Instituts für Baustoffe in Zürich. "Also wenn sie mit der Erde kollidieren, müssen sie die größte Spritzen."

Klar, kann Saltons zu einem Sturm Stärke beitragen. Aber ihre Schöpfung hängt von Kollisionen mit dem Boden nicht mit andere Schwebeteilchen, zumindest nach dem ursprünglichen Modell. Die neue Studie behauptet, dass dieses Bild falsch ist. Zum Starten der Reptons sind eigentlich in zwei verschiedene Kategorien aufgeteilt: Schlingpflanzen, die Kontakt mit dem Boden zu halten, und Leaper, die kleine Hopfen auf der Oberfläche bilden.

"Wenn Saltons versuchen wieder zu kommen und den Boden berühren, kollidieren sie mit diesen Leaper," sagte Araujo. "Anstatt direkt auf den Boden, berühren sie ein anderes einen und dem anderen ein. Was sind wir jetzt zu erklären ist, dass Saltons aufgrund der Geschichte von Kollisionen entstehen, die sie in der Luft, nicht während der Splash. In den meisten Fällen ist es während dieser Leaper fliegen wird mit anderen Teilchen zusammenstoßen und Saltons."

Zusätzlich mit oder ohne Luft Kollisionen in ihrem Modell Sandsturm, konnten die Forscher auch verschiedene Eigenschaften der simulierten Teilchen verändern. Dies half ihnen die Faktoren zu finden, die den Fluss der Luft Trümmer zu maximieren würde.

Die Wissenschaftler entdeckten, dass ein Sturm am stärksten sein wird, wenn es von der Art der Teilchen besteht, die etwa 30 Prozent ihrer kinetischen Energie bei einer Kollision zu verlieren. Und es stellt sich heraus, Sandkörner passen diese Qualifikation.

Sand ist das perfekte Material, ein Sturm Stärke zu fördern, erklärt, warum die Sandstürme so zerstörerisch sein kann. Neben werfen Erde über Sand- und Staubstürme tragen Sie zur Erosion, Sachschäden und eine Vielzahl von gesundheitlichen Problemen von Asthma in der Luft Pilz, der Valley-Fieber verursacht.

Um diese Stürme richtig vorzubereiten, und vielleicht verhindern, dass Staub in der Luft an erster Stelle, müssen Wissenschaftler Sandsturm Modelle so genau wie möglich zu machen. "Kann beginnen, ein Modell und genau wo die Staub-emittierende Plätze sind, zu identifizieren", sagte William Sprigg, von der University of Arizona in Tucson.

Nachdem Forscher, die Quelle des Staubes wissen, können sie versuchen, ihn geerdet mit verschiedenen Methoden, einfach verbieten Freizeitfahrzeuge, wodurch das Gebiet zu eine festen Kruste, der stärker Aufgabe Platzierung Samen gefüllten Netze entwickeln begünstigt Vegetation wachsen und halten Sie den Schmutz bis hin zu halten.

Obwohl unter Einbeziehung der neuen Studie Sandsturm Modellen neue Informationen hinzufügen könnte, haben einige ihrer bereits bewiesen. Nehmen Sie die University of Arizona Staub Regionalmodell Atmosphäre oder Traum, von Slobodan Nickovic entwickelt. Im Juli 2011 vorhergesagt Traum der massiven Sandsturm, die Phoenix, Arizona verschlungen.

Da wuchs es beschrieben hat, ist"dieser Staub Meilen hoch, ungefähr 30 Meilen tief." "Und unser Modell ziemlich Prognose dieser Sturm fast zwei Tage im Voraus aussehen würde."

Während die neue Informationen über Luft Kollisionen Sandsturm Prognosesysteme helfen konnte, hat es andere Anwendungen sowie. Immerhin Saltation betrifft nicht nur Sandstürme, es trägt auch zur Bewegung des Wüste Boden.

Wie Araujo erläutert, kann "Diese Änderung im Verhalten der Stofftransport ändern was wissen wir über die Entstehung und Entwicklung der Dünen."

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics. Sophie Bushwick ist ein freier Wissenschaftsjournalist mit Sitz in New York City. Ihre Arbeiten erschienen in zahlreichen Print- und Online-Outlets.