Ved floden, ocean, eller vind, klipper rundt på samme måde

Den mælkede, glat tekstur af strandglas fremkalder en historie med turbulent transport, ru kanter slibes væk for at producere kurver. De samme glatte træk kan ses i flodsten og klit sand.

Kombination af matematiske modeller med laboratorieforsøg og feltmålinger fra en flod, et hav, og et klitmark, et team ledet af University of Pennsylvania geofysiker Douglas J. Jerolmack har fundet ud af, at de samme generelle processer styrer afrundingen af ​​de forskellige partikeltyper. De rapporterede deres resultater i journalen Videnskab fremskridt .

"Vi viser det vindblæste sand, flodsten, og bølgebearbejdede småsten hele vejen rundt på samme måde ved at kollidere, "Siger Jerolmack." Og, vigtigere, vi viser, hvordan naturen vælger efter de betingelser, der fører til denne universelle adfærd. "

De matematiske modeller, der forklarer universaliteten i denne evolution, er blevet skabt i de seneste årtier, i bestræbelserne på at bevise Poincaré -formodningen, et stort gennembrud inden for ren matematik. Det viser sig, at de samme ligninger har et sekund, ikke mindre interessant fortolkning som modeller for naturlig formudvikling.

Udvikling af denne generalitet om, hvordan partikler kan runde, kan hjælpe forskere med at sammensætte historien om andre partikler, en strategi Jerolmack og kolleger brugte til at rekonstruere transporthistorien for småsten på Mars i en artikel fra Nature Communications fra 2015, der bekræftede sandsynligheden for flydende vand på den planet.

Arbejdet kan også gøre det muligt for forskere at spore de sedimentstykker, der flipper af større partikler. Lille, men mægtig, disse korn bygger vådområder, flodsletter, og strande, påvirker alt fra orkanens modstandsdygtighed til landbrugets produktivitet.

Forskergruppen, som omfattede Gábor Domokos, en matematiker ved Budapest University of Technology and Economics, og Tímea Novák-Szabó, en postdoktor, der har tilbragt tid i laboratorierne i både Jerolmack og Domokos, havde tidligere overvejet, hvordan flodstenen rundede. I tidligere undersøgelser viste de, at disse partikler først bliver glatte, når de hopper ned ad et flodleje, deres skarpe hjørner flipper af, og derefter blive mindre, da de fortsætter med at kollidere med andre partikler.

I det nye værk, de viser, hvordan simpel geometri forudsiger en fælles formudvikling for de fleste sedimenter, det være sig sandkorn, der blæses af vinden, kalkstenblokke kolliderer i en roterende tromle i et laboratorium, eller småsten slået om af havbølger.

Brug af datasæt fra New Mexicos White Sands -klitter, et puertoricansk flodleje, en italiensk strand, og Domokos 'laboratorium, forskerne viste, at deres præmis var sandt:Kollisioner med andre partikler fik alle disse partikler til at runde på en identisk måde.

Lighederne opstår på grund af begrænsninger af partikler, der bevæger sig langs et bed - uanset om det er en flod, en klit, eller et hav - del. Disse partikler, fandt forskerne, har en tendens til at stamme som aflange former, kolliderer med partikler af lignende størrelse, og gør det med et kraftniveau, der favoriserer afrivning af små fragmenter af sediment, i modsætning til større kræfter, der kan få en partikel til at fragmentere i store stykker, eller svage kræfter, der ville slide en overflade væk som sandpapir.

Med denne generelle regel nu i hånden, forskerne har de matematiske værktøjer, de har brug for til at rekonstruere transporthistorien for enhver sedimentpartikel baseret på dens form, forbedre deres evne til at forudsige landskabsudvikling over tid.