Oto dlaczego geometryczne wzory na solinach na całym świecie wyglądają tak podobnie.

Od Doliny Śmierci przez Chile do Iranu, podobnych rozmiarów poligony soli formują się na playach na całym świecie — a strumienie podziemne mogą być kluczem do rozwiązania od dawna istniejącej zagadki, dlaczego tak się dzieje.

Kształty geometryczne, takie jak pięciokąty i sześciokąty spontanicznie pojawiają się w szerokim zakresie ustawień geologicznych. Wysychające muł, lód i skały często pękają na poligony, ale te wzory zwykle znacznie różnią się rozmiarem.

Dlaczego więc wszystkie playe są tak uporczywie podobne? Odpowiedź leży pod ziemią, fizyk Jana Lasser i jej koleżanki proponują 24 lutego w Physical Review X. Zaawansowane modele matematyczne, symulacje komputerowe i eksperymenty przeprowadzone na Owens Lake w Kalifornii, zespół połączył to, co zobaczyli na powierzchni z tym, co dzieje się pod nią.

„Strumienie płynów i konwekcja pod ziemią są wyjątkowo zdolne do wyjaśnienia, dlaczego wzory się formują” - mówi Lasser z Uniwersytetu Technicznego w Grazu w Austrii.

Takie podejście trójwymiarowe było kluczowe dla wyjaśnienia uniwersalności solnych poligonów.

Plaże solne tworzą się tam, gdzie opady są rzadkie i jest dużo odparowania (SN: 12/5/07). Woda gruntowa, przenikająca na powierzchnię, paruje, pozostawiając skorupę soli i innych minerałów, które rozpuszczone były w wodzie. Najbardziej charakterystyczne jest to, że ten proces skutkuje niskimi grzbietami skoncentrowanej soli, które dzielą playę na poligony, głównie sześciokątów z szeregiem pięciokątów i innych kształtów geometrycznych.

Rodzaj soli różni się od jednej playi do drugiej. W niektórych jest dominująca sól kuchenna, czyli chlorek sodu, ale inne zawierają więcej soli siarczanowych. A same skorupy soli różnią się grubością od kilku milimetrów do kilku metrów. To zróżnicowanie wynika z tego, dlaczego poprzednie próby opisania wzorów playi zawiodły.

Niezależnie od tego, czy skorupy mają grubość metra czy milimetra, solne płaskie wykazują poligony o szerokości 1 do 2 metrów. Poprzednie modele oparte na pękaniu, rozszerzaniu i innych zjawiskach, które opisują, jak muł i skały łamią się, produkują poligony o różnych rozmiarach, w zależności od grubości skorupy.

Podczas gdy woda gruntowa paruje z powierzchni, koncentruje sól w pozostałej wodzie gruntowej. Ta słona woda, teraz gęstsza i cięższa, tonie, zmuszając inną, mniej gęstą wodę do podnoszenia się ku górze. Lasser i jej koledzy pokazali, że w czasie cyrkulacja, znana jako konwekcja, skłania do pchania opadających strug solniejszej wody w sieć pionowych płyt. Na powierzchni powyżej tych płyt gromadzi się więcej soli, więc tam rośnie gruba skorupa soli. W miejscach, gdzie pojawiają się cieńsze skorupy soli, gdzie woda mniej słona wydobywa się na powierzchnię, spontanicznie tworzą się charakterystyczne poligony, dzielone przez playe na całym świecie.

Równania, których użyli badacze do opisania względnej słoności wody gruntowej, ciśnienia w płynie i prędkości krążenia wody. Symulacje komputerowe, które objęły pełną złożoność problemu trójwymiarowego, zaczynają się bez skorupy soli lub poligonów i produkują coś, co bardzo przypomina rzeczywiste playe.

„Ten model dynamiki płynów znacznie bardziej się opłaca niż model, który ignoruje to, co dzieje się pod powierzchnią” - mówi fizyk Julyana Cartwright z Narodowej Rady ds. Badań Naukowych w Hiszpanii, który ma swoją siedzibę w Grenadzie i nie był zaangażowany w badania.

Testy przeprowadzone na Owens Lake pomogły zespołowi zweryfikować i udoskonalić model. „Fizyka to o wiele więcej niż tylko siedzenie przed komputerem” - mówi Lasser - „i chciałam zrobić coś, co angażuje eksperymenty”.

Jezioro wyschło w latach dwudziestych XX wieku, gdy woda była kierowana do Los Angeles. Złogi minerałów na pozostałej plaży solnej obejmują naturalne stężenia arsenu, który uwalnia się z pyłu unoszonego przez wiatr — co stwarza poważne zagrożenia zdrowotne. Wśród innych działań naprawczych, brine zostaje wpompowany na łóżko jeziora, aby spróbować stworzyć bardziej stabilną skorupę solną (SN: 11/28/01). Ta ludzka interwencja dała badaczom okazję do przetestowania swoich pomysłów w kontrolowany sposób.

„Cały obszar jest zniszczony” - mówi Lasser - „ale dla nas to był idealny środowisko badawcze”.

Nasza misja polega na dostarczaniu dokładnych i angażujących wiadomości ze świata nauki dla społeczeństwa. Ta misja nigdy nie była ważniejsza niż jest dzisiaj.

Jako organizacja non-profit nie możemy tego dokonać bez waszego udziału.

Wasze wsparcie umożliwia nam utrzymanie naszej treści bezpłatnej i dostępnej dla następnego pokolenia naukowców i inżynierów. Zainwestuj w jakościowy dziennikarstwo naukowe, dokonując dzisiaj darowizny.