Пустынные соты. Как циркуляция соленой воды создает шестиугольные узоры, — рассказывают ученые

По всему миру сотовые узоры образуются в соляных пустынях, например, в бассейне Бэдуотер в Долине Смерти в Калифорнии или в Салар-де-Уюни в Боливии. Эти соляные сооружения ежегодно привлекают десятки тысяч людей со всего мира, они также служили съемочными площадками. Например, инопланетные узоры Салар-де-Уюни в Чили послужили фоном для пустынной планеты Крейт в "Звездных войнах: последние джедаи". Группа, в которую входили исследователи из Института динамики и самоорганизации Макса Планка в Геттингене, Германия, впервые объясняет происхождение загадочных паттернов, пишет Max Planck Gesellschaft.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Почему образуются эти структуры, ранее было неизвестно. Предполагалось, что соляная корка пустыни высыхает и образуются трещины, из которых вырастают шестиугольники. Другая гипотеза объясняет образование узоров тем, что соляная корка непрерывно растет и изгибается из-за нехватки места, образуя узоры. Однако ни одно из этих объяснений не может объяснить всегда постоянный размер — от одного до двух метров — и сотовую структуру. Более правдоподобное объяснение дала группа под руководством Яны Лассер, которая проводит исследования в Технологическом университете Граца и Институте динамики и самоорганизации Макса Планка. Вместе с учеными из Германии и Англии она пришла к выводу, что конвекция, т. е. циркуляция соленой воды в недрах, приводит к образованию сот солевой структуры.

"Это отличный пример фундаментального исследования, движимого любопытством, — говорит Яна Лассер, — Природа дает нам очевидную и увлекательную загадку, которая стимулирует наше любопытство и тем самым побуждает нас решить ее — даже без какой-либо прямой возможности дальнейшего применения в ближайшем будущем". Чтобы разгадать загадку природы, исследователи объединили области гидродинамики из физики и геоморфологию из наук о Земле, чтобы изучить явление с разных сторон: они наблюдали, как соленая вода движется в песчаных почвах в лабораторных экспериментах, и наблюдали закономерности в природе в двух областях. В процессе они также собрали образцы и показали, что подземные течения связаны с узорами, видимыми на поверхности. Кроме того, исследователи проанализировали размер узоров в различных условиях, используя численное моделирование. "Наши симуляции вместе с полевыми исследованиями дают непротиворечивую картину, — сообщает Марсель Эрнст, докторант Института динамики и самоорганизации Макса Планка, — Движущий механизм формирования узора — вызванный конвекцией подъем и опускание соленой воды в почве под соляной коркой".

Действительно, соляные пустыни, в которых встречаются соты, далеко не совсем сухие. Наоборот, сильно засоленные грунтовые воды часто заходят прямо под соляную корку. Когда вода испаряется под жарким летним солнцем, остается соль. В результате грунтовые воды непосредственно под поверхностью становятся более солеными и, следовательно, более тяжелыми, чем более пресные воды внизу. Если эта разница в солености превышает определенный порог, более соленая вода у поверхности начинает опускаться вниз, а более пресная вода поднимается снизу. Подобно горячей и холодной воде, циркулирующей за счет конвекции в радиаторах, в недрах образуются конвекционные валы более соленой и менее соленой воды. Одиночный конвекционный валик будет формироваться по кругу, поскольку вал охватывает максимально возможный объем при минимальной окружности. Однако, несколько конвекционных валков рядом друг с другом в нижней части прессуются в виде шестиугольных сот. В результате этого, по краям шестиугольников на дно опускается очень соленая вода. В местах с особенно высоким содержанием соли на поверхности кристаллизуется больше соли. Со временем образовавшаяся корка образует приподнятые выступы и края, в результате чего образуется соляной узор в виде сот.

Лучшее понимание топографии соляных пустынь также помогает предсказать, сколько богатой минералами пыли отделится от поверхности соляных пустынь и попадет в атмосферу. Эта пыль играет роль в формировании облаков и переносе минералов в океаны.

Ранее Фокус писал о том, что соль меняет поведение на генетическом уровне. О вреде соли для сердца и артериального давления известно уже давно, но теперь исследователи полагают, что она способна изменить и поведение.