Від Долини Смерті до Чилі та Ірану багатокутники солі однакового розміру утворюються на майданчиках по всьому світу — і підземні потоки рідини можуть бути ключем до вирішення давньої загадки, чому.
Геометричні форми, такі як п’ятикутники та шестикутники, спонтанно утворюються в широкому діапазоні геологічних умов. Засохла грязь, лід і камінь часто тріскаються на багатокутники, але ці візерунки мають тенденцію різко відрізнятися за розміром.
Тож чому всі п’єси так постійно схожі? Відповідь лежить під землею , пропонують фізик Яна Лассер та її колеги 24 лютого в Physical Review X.За допомогою складних математичних моделей, комп’ютерного моделювання та експериментів, проведених на озері Овенс у Каліфорнії, команда пов’язала те, що вони бачили на поверхні, з тим, що відбувається під нею.
«Потоки рідини та конвекція під землею однозначно можуть пояснити, чому утворюються візерунки», — каже Лассер з Технологічного університету Граца в Австрії.
Цей тривимірний підхід був ключовим для пояснення універсальності солоних багатокутників.
Солончаки утворюються в місцях , де випадає мало опадів і відбувається значне випаровування. Підземні води, що просочуються на поверхню, випаровуються, залишаючи кірку солей та інших мінералів, які були розчинені у воді. Найбільш вражаюче те, що цей процес призводить до низьких хребтів з концентрованої солі, які ділять Плайя на багатокутники: переважно шестикутники з невеликою кількістю п’ятикутників та інших геометричних фігур.
Тип солі варіюється від одного playa до іншого. Кухонна сіль, або хлорид натрію, домінує в деяких пластах, але в інших міститься більше сульфітних солей. А самі соляні кірки мають товщину від кількох міліметрів до кількох метрів. Схоже, ця варіація є причиною невдачі попередніх спроб описати моделі п’єс.
Незалежно від того, товщина кірки метрової чи міліметрової, соляні сковороди мають багатокутники розміром від 1 до 2 метрів. Попередні моделі базувалися на розтріскуваннях, розширенні та інших явищах, які описували, як тріщини грязі та гірських порід створюють багатокутники з розмірами, які змінюються залежно від товщини земної кори.
Коли підземна вода випаровується з поверхні, вона концентрує сіль у підземних водах, що залишилися. Ця солона вода, тепер щільніша й важча, тоне, змушуючи іншу менш щільну воду підніматися вгору. Ласер і його колеги показали, що з часом циркуляція, відома як конвекція, має тенденцію штовхати низхідні шлейфи більш солоної води в мережу вертикальних листів. Поверхня над цими листами накопичує більше солі, тому там ростуть товсті соляні гряди. Більш тонкі соляні кірки утворюються між, де менш солона вода піднімається вгору, спонтанно утворюючи характерні багатокутники, спільні для пляжів по всьому світу.
Рівняння, які використали дослідники, описують відносну солоність підземних вод, тиск у рідині та швидкість, з якою вода циркулює. Комп’ютерне моделювання, яке охопило всю складність тривимірної проблеми, розпочалося без соляної кірки чи багатокутників і створило щось, що дуже схоже на справжні ігри.
«Ця рідинно-динамічна модель має набагато більше сенсу, ніж модель, яка ігнорує те, що відбувається під поверхнею», — каже фізик Джуліан Картрайт з Національної дослідницької ради Іспанії, який базується в Гранаді і не брав участі в дослідженні.
Випробування в Оуенс Лейк допомогли команді перевірити та вдосконалити модель. «Фізика — це набагато більше, ніж просто сидіти перед комп’ютером, — каже Лассер, — і я хотів зробити щось, що включає експерименти».
Озеро висохло в 1920-х роках, коли вода була перенаправлена в Лос-Анджелес. Відкладені мінерали на солончаку, що залишився, містять великі природні концентрації миш’яку, який розноситься разом із пилом, що піднімається вітром, створюючи серйозну небезпеку для здоров’я. Серед інших заходів з рекультивації , розсіл закачували на дно озера, щоб спробувати створити більш стабільну соляну кірку. Це людське втручання дало дослідникам можливість перевірити свої ідеї контрольованим способом.
«Вся територія знищена, — каже Лассер, — але для нас це було ідеальне дослідницьке середовище».