Даже в отсутствие внешних сил внутри песка могут двигаться частицы
Физические и геологические теории не могут достаточно хорошо описать движение почвы из-за ее способности к ползучести и текучести. Открытие ученых дает ключ к пониманию этих явлений
При определенных обстоятельствах казавшаяся твердой почва вдруг теряет жесткость и становится текучей. Используемая сегодня модель рассматривает этот процесс как возникновение и рост трещины в твердом материале, однако при перехода в текучее состояние почва становится больше похожа на жидкость, поэтому как-то странно описывать ее формулами для твердых тел.
Такая модель подразумевает, что ниже предела текучести почва является твердой и поэтому не должна течь, но почва медленно и упорно «течет» даже ниже своего предела текучести благодаря процессу ползучести. В геологии ползучесть почвы объясняется физическими или биологическими нарушениями, такими как циклы замораживания-оттаивания, падение деревьев или роющие животные, создающие норы и уменьшающими таким образом устойчивость покрова.
В новом исследовании ученые наблюдали за отдельными частицами песка в состоянии покоя. Исходя из современных теорий, они должны быть полностью неподвижны, но работа показала, что это не так. Авторы провели ряд, казалось бы, простых экспериментов, создав груды песка в маленьких коробочках из плексигласа на виброизолирующем рабочем столе. Затем ученые использовали метод оптической диффузионной спектроскопии, который чувствителен к очень малым перемещениям зерен.
По словам исследователей, технически эти эксперименты были очень сложными, и до сих пор никто не делал такие точные измерения в подобных системах. Оказалось, что песчинки находятся в постоянном движении и чем-то напоминают стекло, молекулы которого так же медленно, но постоянно движутся. Также ученые показали, что скорость ползучести почвы можно контролировать, используя различные возмущения. Нетронутая куча песка продолжала ползти на протяжении всего эксперимента, но скорость движения частиц уменьшалась в результате процесса старения. Когда частицы песка нагревались, это старение обращалось вспять, так что скорость ползучести увеличилась до своего первоначального значения. Постукивание, напротив, ускоряло старение.
Работа опубликована в журнале Nature Communications.
