Những hạt cát dưới nước giúp hiểu về sự hình thành của những vùng đất và sao Hỏa
Nhà thơ Anh William Blake từng có câu thơ nổi tiếng “Để thấy vũ trụ trong một hạt cát” liên quan đến khái niệm vũ trụ toàn ảnh. Mới đây trong tạp chí Physics of Fluids, các nhà khoa học từ trường đại học Campinas ở Brazil và trường đại học California, Los Angeles, đã thử nghiệm điều này bằng việc nghiên cứu về động lực “chi tiết” (cấp độ hạt) giúp hình thành các đụn cát hình trăng khuyết như thế nào.
Được biết đến như những đụn cát được gió thổi thành hình trăng khuyết, những sự hình thành như vậy được tìm thấy phổ biến trong các môi trường như những đụn cát dài hình ngón tay trên thềm đại dương, các đụn cát kích thước tương đương sân vận động trên các sa mạc trên trái đất và các đụn cát trải rộng cả ki lô mét khắp bề mặt sao Hỏa.Cho đến giờ, vẫn còn một khoảng trống về tính toán ở quy mô chi tiết cỡ hạt cát liên quan đến sự tăng trưởng và tiến hóa của các đụn cát hình trăng khuyết.
“Trong tự nhiên, có thể mất nhiều năm để những đụn cát đó hình thành trên trái đất hoặc hàng ngàn năm để tiến hóa trên sao Hỏa theo cách tương tự như vậy. Ở vài thập kỷ qua, các mô phỏng số đã được triển khai để tìm hiểu vấn đề này nhưng ở quy mô lớn”, đồng tác giả Erick Franklin nói. “Các tính toán dò theo từng hạt cát là điều hoàn toàn không thể. Kết quả của chúng tôi đã chứng tỏ cách các tính toán có thể dùng để giải quyết vấn đề như thế nào, ở cùng thời điểm, hình thái của các đụn cát hình liềm, chuyển động của cát và chi tiết của dòng chảy như dạng chất lỏng này ảnh hưởng đến các lực tác động trên mỗi hạt cát”.
Sử dụng cách tiếp cận CDF-DEM (phương pháp tính toán động lực học dòng chảy/phần tử rời rạc, Franklin và đồng nghiệp của mình đã tạo ra được các mô phỏng bằng việc áp dụng các phương trình chuyển động từng hạt cát trong một đống cát bị biến dạng bởi một dòng chất lỏng.
“Chúng tôi khám phá những tham số khác nhau tham gia vào các tính toán số bằng việc thực hiện các mô phỏng toàn diện các đụn cát nhỏ trong môi trường nước và so sánh chúng với kết quả thực nghiệm. Chúng tôi chứng tỏ các phạm vi giá trị để tính toán chính xác các đụn cát hình liềm xuống quy mô của hạt cát”, Franklin nói.
“Nghiên cứu này giúp tiến thêm một bước trên con đường tìm hiểu xa hơn sự trao đổi lực trong các đụn cát và chuyển động của hạt cát – và để tăng quy mô nghiên cứu chủ đề này ở các đụn cát lớn hơn, giờ có thể làm được điều này bằng các hệ thống tính toán hiệu năng cao”.
Thậm chí, khi so sánh các đụn cát trên sao Hỏa và đất liền bị ảnh hưởng khi xuất hiện gió ở quy mô thời gian lớn hơn và diện rộng hơn với các trường hợp cát dưới đáy đại dương, vốn khác biệt khi diễn ra ở thời gian được tính bằng phút và diện tích vài xăng ti mét vuông, kết quả cho thấy chúng có nhiều sự tương đồng nhau về động lực học.
“Với những kết quả của chúng tôi, các nhóm nghiên cứu khác có thể áp dụng các nguồn lực tính toán lớn hơn để mô phỏng các đụn cát hình liềm ở khắp mọi nơi, có thể ở quy mô thời gian hàng thập kỷ hoặc thiên niên kỷ”, Franklin nói. “Đây là vấn đề có liên quan đến các nhà địa vật lý, thủy văn, khoa học khí hậu… vì sẽ giúp dự đoán hcinhs xác tương lai của những trường cát trên mặt đất và sao Hỏa đồng thời đem đến một hồ sơ về lịch sử hình thành của chúng”.
Bài báo “Grain-scale computations of barchan dunes” của Nicolao C. Lima, Willian R. Assis, Carlos A. Alvarez, and Erick M. Franklin đã được xuất bản trên tạp chí Physics of Fluids 1.
Lê Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2022-12-tiny-underwater-sand-dunes-larger.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221206115710.htm
——————————————–
1. https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0121810
Tác giả
(Visited 9 times, 1 visits today)