التلال حية مع تدفق الفيزياء

تبدو الجبال صلبة. لكنها قد تكون مجرد سراب. على نطاقات زمنية طويلة للغاية ، تزحف المناظر الطبيعية وتتدفق مثل التيارات اللزجة.

حتى وقت قريب ، كان معظم العلماء يقولون إن أشياء مثل حفر الحيوانات ، والأشجار المتساقطة ، والزلازل ، والبرق كانت مسؤولة عن تشويه الكثير من تضاريس العالم. لكن التجارب الجديدة التي تنطوي على إطلاق أشعة ليزر فائقة الدقة على أكوام من الرمال تشير بدلاً من ذلك إلى أن الزحف جزء متأصل في أي بيئة ويمكن أن يحدث حتى في غياب أي إجراء آخر.

قال ناكول ديشباندي ، طالب الدكتوراه في الجيوفيزياء بجامعة بنسلفانيا: “كل شيء يتحرك طوال الوقت”. “إنه ليس مجرد تشبيه. هذا حقيقي ، هذا ما يحدث.

السيد ديشباندي ، الذي يدرس علوم المناظر الطبيعية ، نظر مؤخرًا في الزحف (عملية جيولوجية ، ليست أغنية راديوهيد). لقد عرف الباحثون منذ فترة طويلة أن التربة الرخوة والمتجددة تتحرك باستمرار وتنهار وتتغير بمعدل بضع بوصات في السنة.

لكن الحصول على بيانات جيدة عن التسلل كان دائمًا صعبًا. سيتم إزاحة العلامات المدفونة في التلال على مدى عقود ، ولكن يكاد يكون من المستحيل عزل الأسباب الدقيقة لمثل هذه التغييرات.

في المختبر ، وضع ديشباندي وزملاؤه أكوامًا هرمية كبيرة من الرمل على طاولة مقاومة للاهتزاز ، وأطفأوا جميع الأضواء ، وحافظوا على ثبات درجة الحرارة والرطوبة. لقد قاموا بتوجيه الليزر إلى الكومة بحيث ترتد أشعة الضوء وتتداخل مع بعضها البعض ، مما يخلق نمطًا مرقطًا على الكاشف.

من خلال البحث عن تغييرات طفيفة في النمط ، تمكنوا من ملاحظة الحركات الدقيقة لحبيبات الرمل بمقاييس أجزاء من المليون من المتر. تحتوي مواد مثل الرمل على ما يسمى بزاوية الراحة الطبيعية – إذا أصبحت جوانب الكومة أكثر انحدارًا من زاوية معينة ، فإن حبيباتها ستكتسح للأسفل في انهيارات أرضية مصغرة.

أقام السيد ديشباندي وزملاؤه أهرامهم الرملية بزاوية الراحة ، مما يعني أنه من الناحية النظرية كان عليهم الجلوس هناك. Pourtant, leurs taches laser ont montré que près de deux semaines après la coulée du tas, les grains de sable se déplaçaient toujours très légèrement, à une vitesse équivalente à des centimètres par an, plus ou moins exactement ce qui est observé avec le fluage sur الملعب. ظهرت استنتاجاتهم الأربعاء في مجلة Nature Communications.

كانت النتائج مفاجئة حتى بالنسبة لأعضاء الفريق. قال دوجلاس جيرولماك ، الجيوفيزيائي ومستشار السيد ديشباندي: “على الرغم من أنني اعتقدت أن ذلك يمكن أن يحدث ، إلا أنه لا يزال مخيفًا”.

ومع ذلك ، فإن المختبر ليس منفصلاً تمامًا عن محيطه ، ولا يمكن للباحثين التأكد من أن الطائرة الجوية لم تعطل تجربتهم بطريقة ما. لتأكيد حدسهم ، أجروا أيضًا عمليات محاكاة في جهاز كمبيوتر به حبيبات رملية افتراضية لم تتعرض سوى لقوى الجاذبية والاحتكاك وشاهدوا نفس الحركات اللامتناهية كما هو الحال مع مكدس العالم الحقيقي.

لمزيد من التحقيق في العوامل المؤثرة على الزحف ، أدخل الفريق تغييرات صغيرة على تلالهم الرملية. على سبيل المثال ، قاموا بتسخين الأكوام ، مما أدى إلى توسيع الحبيبات حراريًا وزيادة السرعة التي تنزلق بها.

كانت ناتالي فريند ، عالمة الجيوفيزياء بجامعة كامبريدج والتي لم تشارك في الدراسة الجديدة ، متشككة في احتمال حدوث زحف في غياب الاضطرابات الخارجية. ولكن بعد إجراء بعض التجارب الخاصة بها وسماع السيد ديشباندي يقدم النتائج التي توصل إليها في مؤتمر في آذار (مارس) ، وافقت على الفكرة.

قالت: “أتذكر الاستماع والقول ،” هذا عمل رائع حقًا “. “بصفتي مجربًا ، أستمتع عندما يجد الناس تقنيات جديدة لقياس شيء كان مخفيًا في السابق.”

مع الموافقة على أن النتائج التجريبية مثيرة للاهتمام ومبتكرة ، لم تكن Anne Voigtländer ، عالمة الجيومورفولوجيا في مركز GFZ الألماني لأبحاث علوم الأرض ، متأكدة تمامًا من أنه لا يزال من الممكن إجراؤها خارج بيئة المختبر الخاضعة للرقابة. قالت “لا أعتقد أنه في مرحلة يمكنك فيها تطبيقه”.

قال ديشباندي إن تحديد كيفية تأكيد نتائج الفريق في العالم الحقيقي “هو سؤال مفتوح”.

لكنه يعتقد هو والدكتور جيرولماك أنهما فتحا طرقًا جديدة للتحقيق في العمليات الجيوفيزيائية وأظهرا أن فرضيات الأساس قد لا تكون قوية كما كان يعتقد من قبل.

قال ديشباندي: “لا يمكنني السير في التلال دون رؤية الأشياء بشكل مختلف”. “أنا أعلم الآن أن هناك أشياء تحت حجاب الطريقة التي أرى بها الأشياء”.