Temat… rzeka, czyli co robi piasek w wodzie? Eksperyment w akwarium ujawnia nasze błędne myślenie

Czy spacerując po piaszczystym dnie koryta rzeki, zastanawialiśmy się, jak poruszają się niewielkie drobiny w wodzie? Do obliczenia mechaniki ruchu nadal stosuje się wzory matematyczne powstałe w latach 30. XX wieku. Pojawiła się zupełnie nowa metoda, która odwraca do góry nogami myślenie o transporcie osadów w rzekach. Zresztą eksperyment w akwarium potwierdza to, że się myliliśmy przez długi czas.
Temat… rzeka, czyli co robi piasek w wodzie? Eksperyment w akwarium ujawnia nasze błędne myślenie

Rzeki transportują ogromne ilości materiału osadowego, od żwiru po drobiny frakcji ilastej. Całość materiału bywa osadzana na dnie koryta lub spływa w toni wodnej do morza. Prędkość takiego spływu osadów oraz ilość materiału, jaki niesie rzeka, są ważnymi czynnikami branymi pod uwagę chociażby przy budowie, demontażu lub zawaleniu się zapór.

Dotychczas do pomiaru ruchu cząstek w stanie przepływu stosowano parametr Shieldsa. Wzór obliczeniowy nie uwzględniał jednak wszystkich zmiennych. Naukowcy z USA i Kanady stworzyli nową metodę do pomiaru ruchu drobin w wodzie, która poza rozmiarem i gęstością ziarna bierze pod uwagę również jego kształt.

Czytaj też: Żyły miliony lat temu, jadły mięso, padlinę, a nawet piasek! Czym były wężowidła, które znaleziono w Polsce?

Jak płynie piasek w rzecze? Wiele zależy nie tylko o jego wielkości, ale i kształtu

Okazuje się, że nie tylko waga materiału osadowego jest istotna podczas transportu. Sporo zależy również od oporu wody w rzece oraz tarcia powstałego na granicy ziarna. Celem udowodnienia tego, że kształt też ma znaczenie, w specjalnym akwarium przeprowadzono eksperyment, którego wynikami podzielono się na łamach Nature i o którym donosi serwis prasowy MIT.

Do nachylonego zbiornika z wodą wsypywano różne rodzaju osadu i mierzono czas jego spływu na samo dno. Próbki różniły kształtem ziaren – wykorzystano regularne, okrągłe szklane kulki, prostokątne graniastosłupy, naturalny żwir o nieregularnym kształcie i kilka innych typów. Okazało się, że płaskie ziarna poruszają się wolnej w spływie od okrągłych, regularnych, nawet jeśli mają tę samą wielkość i gęstość.

Czytaj też: Czemu mokry piasek nadaje się do budowy zamków, a suchy nie?

Co zaskakujące, zdecydowanie szybciej poruszały się w warunkach spływu ziarna nieregularne, o naturalnym kształcie, niż te idealnie okrągłe. Ta obserwacja zaprzecza temu, co intuicja może nam podpowiadać. Doniesienia badaczy wywracają myślenie o mechanice spływu osadów do góry nogami, a przyszłe obliczenia transportu materiału rzecznego będzie trzeba koniecznie uwzględniać o dodatkową zmienną – kształt ziaren, czyli pomiary oporu wody i tarcia drobiny.

Odkrycie naukowców pozwoli precyzyjniej przewidywać również skutki nagłych wydarzeń, jak powodzie, przelanie się wód przez tamę lub nagłe spuszczenie wód z jeziora po zawaleniu się zapory.

Więcej:piasekrzeki