Вітрові Ерозії: Сальтація та Межа Руху

Три способи переміщення зерна

Вітром-піднятий осад рухається у трьох відмінних режимах залежно від розміру зерен. Дрібний пил залишається підвішеним у суспензії, переноситься на кілометри або континенти турбулентністю. Зерна розміром із пісок рухаються за допомогою сальтації – коротких, низьких балістичних стрибків – який є домінуючим режимом за масою, що відповідає приблизно 90-95% від загального транспорту осаду на піщаній поверхні. Більш грубі зерна, які не можуть піднятися, замість цього штовхаються та котяться по поверхні під дією ударів стрибаючих зерен, повільніший режим, який називається creep або рептацією.

Междогоняльна швидкість

Крохмальний зерно, що лежить на поверхні, не рухається, поки сила тертя вітру, виражена як межинна швидкість u*, перевищує поріг u*t, встановлений вагою зерна, його розміром та будь-якою міжзеребною зчеплювальною силою від вологи або кристалізації. Оригінальні вимірювання вітру в тунелі, проведені Ральфом Багнолдом у 1930-х роках, встановили, що для сухого, незв’язуваного піску поріг збільшується приблизно з квадратом кореня з діаметра зерна – дуже дрібний пил фактично потребує вищого порогу для початку руху, оскільки зчеплюючі та аеродинамічні сили протидіють йому на цьому масштабі.

Q ∝ (ρ / g) · u*³ · (1 − (u*t / u*)²)     Bagnold-type transport law

Q   = sediment transport rate (mass per unit width per unit time)
u*  = friction velocity (wind shear at the surface)
u*t = threshold friction velocity

transport switches on abruptly at u* = u*t, then scales ~u*³

Чому вплив має значення більше за вітер

Коли зернятко зльотує, воно може виштовхувати інші зерна з шару через процес "розбризкування" - навіть у місцях, де сила вітру, що підіймає їх, була б недостатньою для цього. Ця самопідтримувана ланцюгова реакція дозволяє продовжуватися сальтації при вітрових швидкостях нижче тієї, яка спочатку її запустила, тому ефективний динамічний (або ударний) поріг менший за статичний (або рідинний) поріг, необхідний для підняття зерна з незримого шару, що знаходиться в стані спокою.

Як контролюються швидкості руху дюн?

Оскільки рух піску масштабується приблизно як куб швидкості тертя вище порогу, невеликі зміни в швидкості вітру призводять до непропорційно великих змін у тому, скільки піску рухається - навіть легкий порив може перенести набагато більше матеріалу, ніж свідчить середній швидкість вітру. Вологість діє в протилежному напрямку: навіть тонкий шар води між частинками піску додає капілярну здатність, яку потрібно подолати перед підйомом, різко підвищуючи поріг, тому вологі або вкриті рослинністю поверхні настільки ефективно чинять опір вітру, навіть при сильному вітрі.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Wind Erosion і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.