Suflat de vânt
Există multe povești eroice despre Erwin Rommel. Romanticii militari spun că mareșalul general al Corpului Africii a pierdut bătălia împotriva generalului Montgomery doar din vină pentru faptul că britanicii au fost covârșitor de puternici în Africa de Nord. În adevăr, înfrângerea „vulpii deșertului” de la El Alamain poate fi atribuită unui om pe nume Ralph Bagnold. Grenadierul britanic era obsedat de deșert - în anii 1920 călătorea deja prin Libia și Egipt în vehicule transformate. Bagnold cunoștea marea de nisip ca pe dos. În timp ce trupele germane puteau lua anumite rute sigure doar cu tancurile lor, comenzile speciale britanice sub conducerea lui Bagnold traversau cele mai dense câmpuri dunare. Poate că Rommel ar fi avut o șansă dacă ar fi citit cartea clasică a lui Bagnold, publicată în 1941, despre fizica suflării nisipului și a mișcării dunelor.
60 de ani mai târziu, pionierul britanic al dunelor a găsit un succesor demn: Hans Jürgen Herrmann, profesor la Institutul de aplicații informatice de la Universitatea din Stuttgart. Aventura este scrisă pe chipul lui Herrmann: pielea bronzată de soare, părul zvâcnit de vânt și o barbă robustă de trei zile. Dar fizicianul, care s-a născut în Cuba și a crescut în Columbia, care a cercetat și a predat la Paris de 17 ani, nu luptă împotriva puterilor străine, ci împotriva haosului din biroul său. Există nenumărate mostre de nisip din întreaga lume aici - și multe alte lucruri sfărâmicioase pe care tânărul de 49 de ani investighează fizica mediilor granulare. Dacă este necesar, și monedele pot face acest lucru: Herrmann le-a prins între două farfurii de sticlă - și astfel demonstrează că banii mici alunecă între bucăți mari de marcaj. De asemenea, puteți alege să folosiți cenți și euro. Același efect este de vină pentru faptul că în muesli-urile de ciocolată, orezul gros și bland iese întotdeauna din pachet și trebuie să aștepți atât de mult timp pentru delicioasele chipsuri de ciocolată.
În mod normal, experimentele lui Herrmann nu au loc în laborator, ci în computer. În urmă cu patru ani, el a fost primul care a simulat pe computer cum sunt legate înălțimea, fluxul de nisip și viteza vântului în așa-numitele dune de seceră - una dintre cele aproximativ o sută de forme de dune. De fapt, cele trei ecuații diferențiale cuplate cu două variabile nu au dat doar niște rezultate frumoase - cum ar fi simulările mai simple ale altor colegi de mai înainte - ci și unele care erau în armonie cu natura. Acest lucru a provocat senzație în lumea profesională și i-a adus recent lui Herrmann Premiul Max Planck de cercetare înzestrat cu 125.000 de euro.
În urmă cu doi ani, în timpul expedițiilor în Maroc și Brazilia, Herrmann a verificat dacă dunele în natură se comportă efectiv ca dublurile lor digitale. Cercetările sale au confirmat că lungimea, lățimea și înălțimea dunelor de seceră se schimbă întotdeauna proporțional. Herrmann a înregistrat, de asemenea, modul în care se comportă viteza vântului peste profilul dunar și modul în care umezeala influențează vâscozitatea nisipului. În sezonul ploios, dunele de seceră își pot inversa forma - vântul suflă apoi în arcul interior al secerei. Herrmann însuși a fost uimit că simulările sale au oferit rezultate mult mai precise decât cele mai bune dispozitive de măsurare. Acest lucru se datorează faptului că măsurătorile în dune - de exemplu viteza vântului și transportul materialului - pot fi făcute numai cu o plasă largă, deoarece dunele sunt mari și dispozitivele de măsurare sunt scumpe, ceea ce limitează numărul acestora. Deci măsurătorile sunt doar selective, iar cercetătorii interpolează între ele. Asta face datele inexacte. Pe de altă parte, în simularea computerizată, parametrii pentru fiecare punct pot fi calculați în orice moment. S-ar putea spune, de asemenea: „Rețeaua de calcul” este mai strâns legată și, prin urmare, mai precisă decât „rețeaua de măsurare” în natură.
Profesorul din Stuttgart a examinat în direct un alt fenomen. Ralph Bagnold observase deja în tururile sale prin deșert că de la o anumită viteză a vântului - în jur de 18 kilometri pe oră, așa cum știm doar astăzi - o dună se ridică deasupra unei dune.
se creează un voal de nisip înalt de aproximativ cinci centimetri. În această așa-numită sărare, boabele de nisip sunt aspirate de vârtejurile de aer și accelerate de vânt. După o anumită distanță, cad din nou și bat din cereale noi.
În algoritmii săi, Herrmann lasă bilioane de nisip să zboare prin aer în același timp: ceea ce durează câțiva ani în natură rulează pe computerele performante în câteva ore. Un clip video reduce procesul apoi la câteva secunde. Cascada de nisip poate fi examinată și într-un tunel de vânt, spune Herrmann, dar operatorii unor astfel de sisteme - de exemplu, colegii de la Institutul vecin pentru statică și dinamică a structurilor aerospațiale - nu sunt entuziaști când nisipul pătrunde în angrenajele tunelurilor lor scumpe. Herrmann vrea să continue - chiar și fără experimente costisitoare: „Fizica cuantică este înțeleasă, natura nu este”.
De exemplu, nu a fost clar pentru o lungă perioadă de timp dacă o dună este un soliton în sens matematic. Dacă ar fi așa, două dune ar trebui să pătrundă una pe alta fără să interacționeze - ca valurile atunci când arunci două pietre în apă. Observațiile cercetătorilor dunelor au vorbit inițial în favoarea teoriei solitonului: atunci când o dună mică și rapidă întâlnește o dună mare și lentă din spate, o dună mică din față părăsește pachetul de nisip după un timp - de parcă și-ar fi depășit fratele mai mare.
Dacă Herrmann își lasă simulările să ruleze ca un film, chiar și profanul va vedea imediat că această observație este înșelătoare. Este mai degrabă un fel de canibalism dunar: mica dună roade în spatele celei mari până când este la fel de mare ca ea însăși. Ea pierde viteza în acest proces. Duna din față se îndepărtează ca o mică dună după „dieta” ei, uneori mici dune pentru copii apar la capetele secerelor. „Calculele computerizate sunt importante deoarece adesea contrazic intuiția”, anunță Herrmann. Inginerii spanioli, care în urmă cu 40 de ani au construit o bandă transportoare lungă de 20 de kilometri pentru a transporta fosfatul din Sahara de Vest către coasta marocană prin mijlocul unui câmp cu mii de dune de seceră, pot cânta un cântec despre asta. Deoarece doreau să fie deștepți, au pus banda rulantă pe piloți înalți de 15 metri, astfel încât dunele de până la 10 metri înălțime să poată scufunda sub ele. Dar lucrurile au decurs diferit: dunele s-au agățat de piloti și s-au îngrămădit atât de sus încât instalația a fost complet inundată de nisip în câțiva ani.
Oamenii de știință de la Institutul de Statistică Fizică din Paris au descoperit un fenomen complet diferit, cântecul dunelor, prin teste de laborator. Exploratorul Marco Polo s-a bucurat de aceste tonuri. Există în jur de 20 de astfel de dune urlătoare în întreaga lume. Sunetul său este foarte scăzut la 100 Hertz și la 100 decibeli aproape la fel de tare ca un ciocan. Uneori tonurile sunt la fel de aspre ca un zgomot al motorului, uneori aproape pure. Stephane Douady
au examinat dunele din sudul Marocului, care „cântă” aproape continuu. El a descoperit că lutul este creat atunci când nisipul se rupe de pe creasta dunei și alunecă de pe spate. Stratul de alunecare are o grosime de zece centimetri și este format din aproximativ 500 de straturi, în care granulele de nisip se freacă unul împotriva celuilalt. Deoarece straturile alunecă unul peste altul sincron, se creează tonuri uimitor de sonore. „Înțelegerea noastră nu este încă suficientă pentru a simula procesul pe computer”, spune Douady.
Locuitorii din Nouakchott, capitala Mauritaniei, nu au nicio legătură cu cântecul dunelor. Sunt fugiți permanent de rolele de nisip, care se deplasează până la 30 de metri pe an. Pe de o parte, casele sunt îngropate sub masele de nisip, pe de altă parte, locuitorii construiesc altele noi. Pereții despărțitori și vegetația creată artificial ar trebui să contribuie acum la ruperea puterii dunelor. Oamenii din Sahara nu sunt singuri în nenorocirea lor: există chiar dune în Europa, de exemplu pe coasta germană a Mării Nordului. Dar aceste role de nisip sunt fixate în așa fel încât să nu amenințe casele și rutele de circulație.
Ce este o binecuvântare pentru locuitorii locali are dezavantaje majore pentru natură. Haim Tsoar de la Universitatea Ben Gurion din Beersheva, Israel, a descoperit că există mai puțină biodiversitate în dunele pavate. Expertul în dune a constatat, de asemenea, că dunele în mișcare acționează ca niște mături uriașe și plaje curate de murdărie. Din acest motiv, oamenii din întreaga lume discută despre obținerea din nou a dunelor pavate de pe lesă.
Brazilia a fost primul care a răspuns. În nordul țării, imensul câmp dunar Lençoes Marahenses a fost declarat rezervație naturală - câștigi bani buni alături de turiștii care vor să vadă spectacolul natural. Dacă aveți noroc, îl veți întâlni și pe Hans Herrmann, care intenționează să călătorească mai des în Brazilia în următorii câțiva ani. Herrmann nu se încurcă cu banii premiului - vrea să-i folosească pentru a măsura dune suplimentare cu colegii de la Universitatea din Porto Alegre. În septembrie, accentul este pus pe influența vegetației asupra migrației dunelor. Herrmann a inserat o ecuație în modelul său de calcul care ia în considerare această influență.
Următoarea călătorie a lui Herrmann este de aproximativ 60 de milioane de kilometri - dar doar practic pe computer. Destinația este planeta Marte vecină. Herrmann vrea să încerce să deducă compoziția nisipului din forma dunelor de acolo. Tot ceea ce au nevoie ecuațiile sale ca intrare a fost deja cercetat de sondele spațiale, de exemplu densitatea atmosferei sau viteza vântului, care atinge peste 200 de kilometri pe oră pe planeta roșie. Ralph Bagnold nu se împiedică de această dată și niciun alt cercetător nu a avut ideea. Herrmann: „Este întotdeauna o provocare să fii primul”.
Un profesor din Stuttgart a simulat pentru prima dată pe computer cum se mișcă dunele.
Toate încercările de a încetini migrația nisipului în Sahara nu au reușit până acum.
Simulările ar putea oferi, de asemenea, informații despre nisipul de pe planeta vecină Marte.