🏜️ Entstehung von Sanddünen

Das Modell unterteilt den Bereich in ein rechteckiges Raster von Zellen, die jeweils eine ganzzahlige Kornanzahl speichern. Jeder Simulationsschritt wendet an: (1) Injektion neuer Körner am linken Rand proportional zur Zufuhrrate; (2) stochastische Saltation, die Körner mit einer zur Windgeschwindigkeit proportionalen Wahrscheinlichkeit anhebt und eine feste Sprungweite nach rechts mit leichter seitlicher Streuung wieder ablagert; (3) Lawinenausgleich, der mehrmals pro Schritt wiederholt wird, um Kaskaden fortzupflanzen. Die Kombination erzeugt realistische Dünen-Morphodynamik aus nur drei lokalen Regeln.

Sand wird kontinuierlich von der windzugewandten (Luv-)Seite erodiert und auf der windabgewandten (Lee-)Seite abgelagert. Der Kamm verschiebt sich langsam windabwärts, während dieser einseitige Fluss anhält. Kleinere Dünen haben einen kürzeren Abstand zwischen Luv- und Leeseite und wandern daher schneller als große Dünen — eine Eigenschaft, die dazu führt, dass Dünen verschmelzen, wenn eine schnelle kleine Düne eine langsamere große überholt.

Die Hörner entstehen, weil der Sandfluss proportional zur lokalen Höhe ist: Die Ränder der Düne sind dünner, sodass der Saltationssprung Sand bis zur Hornspitze trägt, bevor er sich ablagert. Der dickere zentrale Körper fängt mehr Sand ein und wächst langsamer. Das seitliche Ungleichgewicht formt den charakteristischen sichelförmigen Umriss ohne jegliche äußere Anweisung — es ist eine selbstorganisierte, emergente Form.

Höhere Windgeschwindigkeiten erhöhen sowohl die Saltationssprunglänge als auch die Wahrscheinlichkeit, dass ein Korn angehoben wird. Schnellere Winde tendieren dazu, längere, flachere Dünen mit mehr Sand im Transport zu erzeugen. Sehr hohe Geschwindigkeiten können die Bildung stabiler Dünen verhindern, weil Körner über das Gebiet transportiert werden, bevor sie sich ansammeln können. Der Wind-Regler lässt dich diesen Übergang von stabilen Barchanen zu flächenhaftem Transport erkunden.

Nein — Dünen entstehen überall dort, wo Wind, Sand und ausreichende Anströmlänge zusammentreffen. Küstendünen stabilisieren Küstenlinien auf jedem Kontinent; Flussdünen bilden sich in sandigen Flussbetten; und äolische Dünen bedecken große Gebiete des Mars, des Titan, der Venus und sogar des Pluto. Dieselben Zellularautomaten-Regeln erfassen die Dünenmorphologie über diese Umgebungen hinweg, wenn Parameter angepasst werden, um lokale Schwerkraft, Korngröße und Fluiddichte widerzuspiegeln.

Das Modell ist ein qualitativer Zellularautomat, inspiriert vom Werner-Rahmenwerk (1995), das die Entstehung von Barchan-Formen, Dünenverschmelzung und die Skalierung der Wandergeschwindigkeit korrekt reproduziert. Es vereinfacht die dreidimensionale Geometrie, die Korngrößenverteilung, turbulente Windprofile und Feuchtigkeitseffekte. Es ist genau genug für Bildung und visuelle Erkundung, aber nicht für quantitative Feldvorhersagen, wofür stattdessen kontinuierliche Feldmodelle verwendet werden.