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. Толщина 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