Известно, что рост гигантских дюн происходит за счет поглощения более мелких дюн и, казалось бы, ничто не мешает принимать им сколь угодно большие размеры. Французским ученым из Лаборатории физики и механики неоднородных сред в сотрудничестве с исследователями из США и Алжира удалось установить, что этот процесс ограничен глубиной так называемого приповерхностного атмосферного слоя, который определяет характер течения воздуха над гигантскими дюнами.

Формирование дюн в пустыне начинается с какого-нибудь небольшого холмика, на подветренной стороне которого происходит завихрение воздуха и образуется как бы небольшая воронка. По мере поступления с ветром новых порций песка холмик и воронка растут. Так появляются дюны, которые имеют звездообразную форму либо форму полумесяца. В дальнейшем они будут увеличиваться в размерах и медленно двигаться под действием и по направлению преобладающих ветров. Согласно этой теории, в процессе своего движения дюны могут накапливать песок сколь угодно долго и вырасти до бесконечных размеров, лишь бы хватило песка. Абсурдность этой теории очевидна: достоверно известно, что максимальная высота дюн ограничена несколькими сотнями метров. Кстати, рекордсменом является китайская пустыня Бадын-Джаран (Badain Jaran): некоторые дюны там достигают просто-таки огромных высот — около 500 метров.


Попутно заметим, что если ветры в пустыне дуют в разных направлениях, то из песка формируются хаотические гряды дюн. Если же в розе ветров существует определенное направление, то дюны могут образовать периодическую структуру (см. рис. 1), напоминающую волнистую поверхность моря или океана с характерным расстоянием между вершинами таких песчаных волн около километра.

Возникает закономерный вопрос: что же все-таки ограничивает рост гигантских дюн? В одном из последних выпусков журнала Nature французские ученые из Лаборатории физики и механики неоднородных сред в содружестве с исследователями из США и Алжира опубликовали статью Giant aeolian dune size determined by the average depth of the atmospheric boundary layer, в которой делают попытку решить эту проблему (в открытом доступе статья находится здесь).

Ученые предложили теорию образования гигантских дюн, которая учитывает не только взаимодействие дюн и пустынных ветров, но и взаимодействие дюн с так называемым приповерхностным атмосферным слоем. В этом слое происходит активное конвекционное перемешивание масс воздуха, приводящее к нелинейному увеличению температуры с высотой.


лщина этого слоя колеблется от ста метров зимой до нескольких километров летом (рис. 2b). Выше приповерхностный слой «накрыт» тонким инверсионным слоем с уже линейным изменением температуры. И лишь потом начинается участок атмосферы, где наблюдается понижение температуры воздуха с высотой, хорошо известное всем, кто летал на самолете.

Что заставило ученых предположить, что рост дюн ограничивается процессами в приповерхностном атмосферном слое? Основанием для такой гипотезы послужила обнаруженная ими любопытная корреляция между двумя величинами — расстоянием λ между вершинами гигантских дюн (вне зависимости от того, какой они формы) и  δθ/γ, где δθ — среднегодовое изменение температуры воздуха на поверхности пустыни, а γ — температурный градиент, задающий изменение температуры воздуха с высотой в инверсионном слое (см. рис. 2). Данные для установления такой зависимости были собраны по 34 пустыням в разных уголках земного шара (подробнее см. стр. 11–12 дополнительных материалов к статье, они находятся в открытом доступе).

Но с другой стороны, отношение δθ/γ, которое приводится всё в тех же вспомогательных материалах, приблизительно равно максимальной высоте приповерхностного слоя H. Таким образом, становится очевидным, что процессы в этом слое, благодаря каким-то механизмам, до сих пор остававшимся невыясненными, причастны к ограничению роста дюн.


Для того чтобы понять эти механизмы, ученые построили соответствующую их гипотезе аэродинамическую модель: периодически расположенные песчаные холмы высотой a, над которыми находится слой воздуха высотой H. В этом приповерхностном слое, благодаря конвекции и ветровым процессам, наблюдается турбулентное течение воздуха (число Рейнольдса составляло в модели 108). Вся система накрывается более «спокойным», то есть стабильным в плане перемешивания воздуха инверсионным слоем. Численный расчет на основании уравнений Навье–Стокса показал, что периодический рельеф из дюн возбуждает воздушные волны (авторы статьи называют эти волны поверхностными) на границе раздела приповерхностного и инверсионного слоя, которые в свою очередь изменяют скорость ветра, а значит, и управляют процессом аккумуляции песка дюнами.

Далее происходит следующее: как только благодаря ветру расстояние между дюнами становится сравнимым с H, поверхностные волны уплотняют и ограничивают течение воздуха над их вершинами. Вследствие этого дюны перестают накапливать песок, и рост песчаного холма останавливается. На рис. 3 представлен графический результат численного моделирования — зависимость высоты дюн a от расстояния между их вершинами. На графике нетрудно заметить максимум (пик), означающий с физической точки зрения, что, действительно, как только λ и H становятся соизмеримыми, то дюна в процессе своего роста достигает максимальной высоты.

iv>

Чтобы еще лучше понять, как работает обсуждаемая здесь теория, рассмотрим пример: в пустыне Намиб высота дюн достигает 60–240 метров. В дополнительных материалах к статье находим информацию об этой пустыне: для нее δθ/γ ≈ 1,5 км, а значит, приблизительно такой же толщины и приповерхностный атмосферный слой H ≈ 1,5 км, расстояние между вершинами дюн λ ≈ 2,2 км. Таким образом, отношение λ/H ≈ 1,5. Из графика на рис. 3 нетрудно найти, что высота дюн a в единицах H должна быть около 0,15, отсюда имеем максимальную высоту, которую могут достичь дюны в этой пустыне, — 225 метров; это значение близко к реально наблюдаемому (до 240 метров).

Между прочим, эта же модель объясняет и образование дюн из ила на дне реки (соответствующие расчеты приведены во вспомогательных материалах к обсуждаемой статье). Только нестабильному приповерхностному слою здесь соответствует толща воды, поверхностные волны — это гравитационные волны на поверхности реки, а «спокойный» инверсионный слой — это атмосфера. Качественно зависимость высоты иловых дюн от расстояния между ними не будет отличаться — просто положение максимума на графике оказывается другим.


В конце статьи авторы замечают, что предложенный ими механизм формирования дюн, по-видимому, должен действовать и на других планетах и их спутниках, в частности на Марсе и Титане.

Источник: Bruno Andreotti, Antoine Fourrière, Fouzia Ould-Kaddour, Brad Murray, Philippe Claudin. Giant aeolian dune size determined by the average depth of the atmospheric boundary layer // Nature. V. 457. P. 1120–1123.

Юрий Ерин

Источник: elementy.ru

Эоловый рельеф. Дюны – это…

География изучает не только страны и города. В сферу интересов этой науки входит еще и рельеф – совокупность всех неровностей на поверхности планеты Земля. Геоморфология (специальный раздел географии) изучает его основные формы, генезис, а также распространение.

Рельеф бывает разным. В процесс его образования вовлечены практически все силы и явления, наблюдаемые в нашем мире. Так, одни форма рельефа возникают под воздействием внутренней энергии Земли, другие формируются постоянными или временными водотоками. А вот дюны – это не что иное, как классический продукт работы ветра.

>

Дюна – одна из форм так называемого эолового рельефа. Данный термин происходит от имени древнегреческого персонажа, полубога Эола. Согласно мифам, он является главным повелителем ветров.

Эоловые процессы сопровождаются переносом мелких песчаных, глинистых или пылеватых частиц на определенные расстояния, их накоплением и распределением по земной поверхности. Самые подходящие условия для этих процессов – в зоне пустынь и полупустынь, где материал отложений не закреплен корневыми системами растений.

Основные формы эолового рельефа – барханы и дюны. Это песчаные природные образования, которые отличаются друг от друга формой, размером, а также местом своего формирования. Барханы образовываются исключительно в пустынях, имеют серповидную форму и достигают в высоту 60-70 метров. В свою очередь дюны – это более мелкая форма рельефа, широко встречающаяся по берегам озер, морей и крупных рек. Более подробно речь о них пойдет далее.

Дюны – это что такое? Формирование и основные типы дюн

Если на берегу моря или какого-либо крупного водоема есть кустарники, валуны, остатки стен, то это отличная предпосылка к формированию описываемой формы рельефа. Что такое дюны? Это, если говорить простыми словами, созданные ветром песчаные холмы. Крохотные песчинки со временем накапливаются возле какого-нибудь препятствия. Так и формируются дюны, форма которых в плане зависит от розы ветров конкретной местности.

Высоты дюн, как правило, колеблются в пределах от 20 до 40 метров. В отдельных частях планеты встречаются настоящие песчаные гиганты до 100-150 метров (например, на берегах Бискайского залива). Наветренный склон у них обычно пологий (около 10-15 градусов), а подветренный – круче примерно в два раза. Одиночные дюны встречаются довольно редко. Чаще всего они образовывают вытянутые цепи холмов из песка.

В зависимости от формы дюны делят на три типа:


  • подковообразные (формируются тогда, когда ветер круглый год дует примерно в одном направлении);
  • поперечные (образовываются в местах с большим количеством песка);
  • звездные (самые живописные дюны, формируемые в местах, где ветер часто меняет свое направление).

Движение дюн

Эти удивительные природные образования еще и перемещаются! Происходит это, опять-таки, под воздействием ветра. Он перекатывает песчинки с одного склона на другой, заставляя дюны менять свое положение в пространстве. Скорость движения у них невелика – около 20-30 метров за год.

Важно отметить, что движение дюн – это настоящая проблема. Ведь блуждающие песчаные холмы уничтожают посевы на полях, засыпают дороги, пастбища и даже целые селения. Люди пытаются бороться с этим явлением с помощью закрепления песков. Для этого на наветренных склонах дюн и барханов высаживаются травы, деревья и кустарники. Своими корневыми системами растения удерживают песчинки от дальнейших «путешествий».

Самые известные дюны планеты


Франция, Намибия, Россия, Уэльс и Австралия — что объединяет все эти страны? Правильно – дюны! В каждой из них имеется свое «диво из песка». Расскажем о них по-порядку.

Дюна Пила (Франция) является самой высокой в Европе. Она расположена на берегу Аркашонского залива Атлантики и имеет высоту 130 метров. Это место очень популярно среди туристов. Интересно, что с каждым годом Пила на несколько метров продвигается вглубь векового соснового леса.

«Большой папочка» (Намибия) – самая высокая дюна пустыни Намиб (304 метра). Покорение этой оранжево-красной песчаной горы – обязательный пункт программы любого туриста, приехавшего сюда.

Высота Эфа (Россия) – интереснейший природный объект, расположенный на Куршской косе, в Калининградской области. Максимальная высота этой дюны – 64 метра. На ее вершину ведет специальная туристическая тропа.

Дюна Инислас (Уэльс) – одно из живописнейших мест в этой части Британии. Причем Инислас вовсе не выглядит безжизненным, он практически полностью покрыт красивейшими травами и полевыми цветами. К тому же дюна необычайно подвижна и постоянно меняет свою форму.

Гора Темпест (Австралия) считается второй по высоте дюной в мире (285 метров). Расположена она на северо-востоке страны, неподалеку от города Брисбена. Дюна привлекает внимание не только путешественников, но и профессиональных фотографов, ведь с ее вершины открывается чудесный вид на австралийское побережье.

Заключение


Итак, дюны – это форма рельефа эолового происхождения. То есть ее главным «строителем» и «скульптором» выступает ветер. Дюны формируются на берегах крупных водоемов, отличаются небольшими размерами и подвижностью.

Источник: fb.ru

Дюны — распространенное явление на нашей планете. Дюна представляет собой песчаную гору, созданную ветром. Они встречаются в пустынях и на берегах озер, морей и рек. Из-за переменчивости ветра меняется дизайн и ландшафт дюн, где-то исчезают, где-то появляются новые.

дюны

Как же образуются дюны?

Дюна образовывается около растения или камня, где ветер замедляя бег, оставляет носимые им песчинки. Со временем песчаный бугорок превращается в высокий холм, который становится преградой для ветра. Песчинки с помощью ветра по склону поднимаются на вершину и пересыпаются на другой бок дюны. Если направление ветра долгое время не меняется, холм начинает расти и приобретать вогнутые формы.

как образуются дюны

Однако, это редкость. Ветер, как правило, не постоянен. В таком случае, песчаные горы приобретают конусные и в виде звезды формы. Такие песчаные холмы обычно малоподвижны и не меняются на протяжении сотен лет. В среднем высота дюн составляет около 60 метров в высоту. Но настоящие гиганты встречаются вдоль Бискайского залива — 150 метров в высоту. Так образуются дюны.


дюны

Движение дюн

Не редким явлением является движение дюн. Это происходит благодаря ветру. Ветер перемещая песчинки с одного холма на другой, заставляет двигаться дюны. Скорость перемещения дюн около 20 метров в год. После блуждающих дюн остается только песчаный след, где не хочет расти ничего живого.

дюна

Очень часто блуждающие дюны уничтожают плодородные земли, пастбища, леса, селения людей. В 17 веке на Куршской косе дюна погребла под собой рыбацкое селение. Спустя столетия дюна продолжила свой путь, оставив после себя руины и останки местных жителей.

Многие государства, которые сталкиваются с проблемой движущихся дюн, пытаются бороться с ними. На безветренной стороне бархана искусственным образом высаживают растения, кустарники и деревья, которые тормозят перемещение песка с одного склона на другой.

дюна на берегу

дюна

высокие дюны

крутые горы песка

дюны в африке

Источник: wildwildworld.net.ua

Унесённые ветром

Дюна не знает покоя. Их верхушки «дымятся» – ветер вздымает мелкие частички. Более крупные он тащит вверх по пологому спуску, перебрасывает через вершину и они падают с обрывистой стороны. В итоге весь холм передвигается ветром всё дальше и дальше. А позади, на его прежнем месте снова начинают оседать принесенные порции песка, и образуется новая дюна. Так на обширных открытых пространствах образуются вереницы подвижных холмов. Часто они смыкаются в широкие цепи. В пустыне Такла-Макан (Китай) наблюдали трёхкилометровые дюнные полосы.

Специалисты различают с десяток типичных форм песчаных насыпей. Например, там, где ветер часто меняет направление и силу, образуются дюны, похожие на пирамиды. Они растут не в бок, а вверх. В Сахаре дюны достигают высоты 100-этажного небоскрёба! А самые высокие стационарные дюны украшают пустыню Бадын-Джаран на севере Китая. Высота некоторых из них достигает 500 м. От перемещения и развеивания их защищают почвенные воды, не дающие песку полностью высохнуть.

Скорость движения дюн иногда превышает сто метров в год, но обычно она гораздо меньше (10-20 м/год). Вдоль нижних краёв дюн воздушные потоки слабее. Плюс к тому, снизу песок подпитывается влагой подстилающего грунта. Поэтому эти края успевают зарасти травой с жёсткими, часто ветвистыми стеблями и глубокими корнями. Растения тормозят движение дюнных краёв, середина же продолжает ползти, дюна становится ýже, но длиннее. Если ветры несильны и непостоянны, дюна может покрыться кустарником, деревцами и превратиться в небольшой зелёный холм.

Кстати, растительность – главное отличие дюн от барханов. Те совершенно голые, поэтому и движутся быстрее, и форма у них более причудливая.

Враги или друзья?

Ползущие горы песка могут принести немало неприятностей. Они мешают строительству, засыпают поля, сады, лесополосы, дороги и усадьбы. В XVIII веке нашествие дюн на северо-западе Франции целиком погребло пару городков. А в тамошнем посёлке Сулан песком засыпало даже колокольню местной церкви. Правда, дюны постепенно ушли дальше, и через сотню лет строения удалось полностью освободить из песчаного плена.
Что такое дюны и барханы? Как они образуются?
В то же время, дюны придают своеобразную красоту многим регионам и ландшафтам (например, Куршской косе в Калининградской области). Песку и ветру могут быть благодарны археологи – песчаные курганы хоронят развалины древних городов, сохраняя их для будущих раскопок. Ну, а любителям пляжного отдыха дюны обеспечивают укрытие от ветра и уединение.

О чём поют дюны

На Земле есть десятки мест, где песчаные холмы можно не только увидеть, но и услышать. Они издают звуки, напоминающие писк, скрежет, дребезжание, ворчание собаки, жужжание пропеллера.

Прогуливаясь по прибрежным дюнам, можно услыхать под ногами короткие мелодичные посвистывания. Другой вариант – «гудящие» дюны пустынь. Вибрирующий гул возникает, когда с высоченных дюн осыпается песчаная лавина. Он, бывает, разносится за 10 км и слышен до 15 минут. Ноги при этом иногда ощущают лёгкие колебания почвы.

В древности считали, что в «поющих песках» слышны голоса призраков и злых местных духов, которые живут в дюнах. Явлению не могут найти чёткого научного объяснения до сих пор. Разработано несколько теорий, но в каждой есть свои изъяны.Твёрдо ясно одно: звук возникает от движения сухих горячих песчинок.

Любители экспериментов не раз ставили опыты с песком. Удавалось даже заставить «гудеть» кристаллики поваренной соли. Выяснили, что малейшая влажность заставляет песок замолчать. С другой стороны, «умолкший» песок может зазвучать после промывания. Возможно, посторонние частички (например, пыль от истирания частиц) мешают «подать голос».

Разгадку искали в том, что «поющие пески» состоят из частиц одного размера и, к тому же, очень гладкие. Однако в опытах отсортированный по размеру и шлифованный песок категорически отказывался «пищать» или «гудеть». К тому же, заметная часть песчинок гудящей Песчаной горы в пустыне Калахари оказалась шероховатой и угловатой.
Что такое дюны и барханы? Как они образуются?
Феномен пытались объяснить тем, что кварцевые песчинки легко электризуются. Но потом выяснили, что «лающие» пески на Гавайях состоят не из кварца, а из частиц раковин моллюсков и панцирей микроводорослей.

Площадь звучащих дюн Земли резко сокращается: транспорт, массовый туризм, загрязнение окружающей природной среды… Смогут ли наши потомки послушать «поющие» дюны и удивиться этому загадочному голосу природы?

Источник: www.vseznaika.org

Как образуются дюны

Всё начинается с маленького песчаного бугорка. Образуется он возле камня или куста растения. В этом месте ветер, несущий песчинки, расстаётся с ними, и они оседают на земле. Крошечный холмик постепенно растёт и превращается в преграду для ветра. Если тот долго дует в одну сторону, то образуется большой холм. С наветренной стороны он пологий и вогнутый, а с подветренной крутой и выпуклый.

Так и образуются дюны. Их внешняя форма во многом зависит от силы и направления ветра. Если тот дует в одну и ту же сторону, а растительности практически никакой нет, то в этом случае песчаные холмы представляют собой длинные и волнистые складки. Их гребни располагаются под прямым углом к направлению ветра.

В тех местах, где песка мало, песчаные холмы напоминают по форме наконечник копья. Но ветер редко дует в одну сторону. Гораздо чаще он меняет направление и заставляет песок образовывать другие формы. Чаще всего песчаные холмы приобретают форму звезды с расходящимися в стороны многочисленными лучами. Гребни у них в этом случае крутые и сходятся в одной точке. При этом вершины может достигать в высоту нескольких десятков метров.

Такие песчаные образования малоподвижные и способны сохранять первоначальную форму много лет и даже столетий. Примером могут служить дюны в Бискайском заливе. Там, вдоль побережья Франции, тянется гигантская полоса песка. Её ширина доходит до 8 км, а высота до 100 метров. Также на Куршской косе (Балтийское море) встречаются песчаные горы высотой до 60 метров.

Движение дюн

Подчиняясь силе ветра, песчаные горы могут двигаться. Правда, скорость у них небольшая и не превышает 10 метров в год. Ветер перегоняет песок с одного склона на другой и как бы заставляет дюну ползти, оставляя позади себя изрытую воронками котловину.

Там, где проходит песчаная гора, остаётся безжизненная почва. Ветер при этом выдувает у подножия песчаных образований целые лабиринты оврагов. Иногда песок движется на человеческое жильё. В этом случае люди вынуждены покидать свои дома.

На Куршской косе 300 лет назад песок накрыл рыбацкую деревню. Прошли столетия, и песчаная гора, двигаясь дальше, начала освобождать засыпанные строения. Освободила она и старое кладбище. Из земли при этом начали появляться полусгнившие гробы и человеческие кости.

Растительность возле дюн

Дюны в природе неразрывно связаны с растительностью. Только ей по силам остановить движение сыпучих песчаных холмов. Растения сковывают неуклонное движение песка вперёд. Но жить на песчаной горе или рядом с ней растениям нелегко. У них, как правило, длинные разветвленные корни, которые позволяют добывать воду на большой глубине. Листья покрыты восковым налетом и свернуты в трубочку. Это позволяет им более экономно и рационально расходовать влагу.

Среди дюн живёт морская горчица. Представляет она собой однолетние растение с упругим стеблем. Её главным преимуществом является скорость. Растение быстро цветёт, даёт семена, а затем стебель трансформируется в перекати-поле. Ветер его подхватывает, несёт, и семена рассеиваются.

Растения вначале обживают подножия песчаных гор с той стороны, откуда песок уже ушёл. Первой появляется полынь, затем букашник, астрагал, булавоносец. После этого на почве закрепляется песчаная осока. У неё очень крепкое и длинное корневище. Постепенно формируется жизнеспособная почва, которую покрывают мох и кусты ивы.

Всё это со временем останавливает движение песчаной горы. Она начинает обрастать кустарниками и лесом. В нём селятся птицы и звери. Однако данный процесс может продолжаться сотни лет.

Иногда дюны издают тихую и грустную мелодию. Это ветер подхватывает несчётное число песчинок, а те сталкиваются друг с другом и генерируют звуковой эффект. Неискушённым людям может показаться, что это бог ветра медленно перебирает струны на своей арфе.

Валерий Лапшин

Источник: www.factruz.ru