Когда вы в следующий раз окажетесь на пляже или в пустыне, посмотрите на песок. Вы можете заметить участки с небольшими волнами высотой всего несколько сантиметров. Ветер может сформировать эти миниатюрные дюны менее чем за полчаса и так же быстро развеять их. В отличие от процессов, которые формируют большие дюны, определяющие пустынные ландшафты и береговые линии, механизмы формирования мини-дюн до сих пор были малоизучены.
«Были наблюдения таких небольших, метровых форм рельефа, но не так много количественных исследований», — сказала Камиль Рамбер, докторант École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris и ведущий автор нового исследования. «И не было никаких моделей, объясняющих их формирование».
Недавно группа исследователей использовала лазерное сканирование высокого разрешения в пустыне Намиб в Намибии, чтобы понаблюдать за формированием крошечных дюн. Эти сканы легли в основу моделей формирования дюн, которые обнаружили, что ключевым фактором является то, как песчинки подпрыгивают на гладких и зернистых поверхностях.
Ветер и песок
Хотя небольшие песчаные формы рельефа — обычное явление в большинстве песчаных мест, их эфемерная природа затрудняла геоморфологам расшифровку того, что заставляет маленькую дюну образовываться там, где существует только плоский, безликий песок.
Команда исследователей, включая Рамбер, отправилась в пустыню Намиб на южном побережье Африки, чтобы понять, как эти формы рельефа приобретают форму. Команда использовала лазерный сканер, установленный на поверхности, для сбора повторных топографических карт высокого разрешения близлежащих плоских участков размером примерно 5 метров в ширину и 5 метров в длину, расположенных между более крупными дюнами.
Сканер измерял расстояние от лазерного излучателя до земли, а также измерял скорость и направление ветра у поверхности. Команда могла фиксировать вертикальные изменения поверхности примерно на полмиллиметра и горизонтальные изменения примерно на сантиметр.
«По этим измерениям мы можем определить, как развиваются формы рельефа», — сказала Рамбер. «Они растут и мигрируют или уменьшаются?»
Они разработали модель формирования мини-дюн на основе хорошо изученной физики, управляющей формированием больших дюн, но с ключевым отличием: маленькие дюны начинались на консолидированных поверхностях, таких как гравий или плотно утрамбованный песок, а не на разрушаемом основании, таком как рыхлый песок. Эта разница влияла на то, как далеко ветер мог переместить песчинку и как она подпрыгивала или прилипала при приземлении.
Исследователи создали цифровые карты высот, показывающие, как образуются небольшие дюны в пустыне Намиб, используя наземный лазерный сканер высокого разрешения.
«Эта разница в материалах поверхности влияет на перенос песка», — сказала Рамбер. «На консолидированной поверхности можно перенести больше песка, чем на разрушаемой поверхности».
Если песчинку не уносило следующим порывом ветра, её присутствие делало поверхность немного более шероховатой и с большей вероятностью задерживало следующую песчинку — и так далее. Постепенное накопление песчинок в крошечные бугорки изменяло ветровые потоки у поверхности, что помогало задерживать ещё больше песка и создавало характерные узоры дюн в рельефе.
Эти участки с мини-дюнами исчезали, когда достаточно сильный ветер сдувал песчинки с консолидированной поверхности. Если бы ветер был более слабым, эти участки могли бы продолжать расти.
Команда обнаружила, что их модельные наблюдения точно отражали то, что они видели в лазерных сканах из Намиба. Они опубликовали эти результаты в «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America».
«Это исследование подчёркивает важность неоднородности поверхности, например, покрыта ли она песком или нет, в эволюции метровых форм рельефа», — написал Джоэл Дэвис, планетолог из Имперского колледжа в Лондоне, в электронном письме. «Интересно, что эти мелкомасштабные вариации динамики… могут влиять на то, станут ли эти небольшие формы рельефа более крупным полем дюн или просто исчезнут».
Дюны за пределами Земли
Учёные обнаружили дюны как на Марсе, так и на спутнике Сатурна Титане, но инструменты, исследовавшие эти далёкие миры, гораздо менее совершенны, чем лазерные сканеры на Земле.
«Такие исследования, посвящённые динамике земных дюн, особенно полезны для изучения дюн в планетарных условиях, например, на Марсе или Титане», — написал Дэвис, изучающий марсианские дюны.
Метровые дюны, подобные этой в Намибии, образуются потому, что песчинки подпрыгивают по-разному на гладких и на шероховатых поверхностях.
Некоторые марсианские дюны образуются внутри кратеров, которые, по-видимому, удерживают много рыхлого песка, но они также встречаются и за пределами кратеров в менее песчаных районах. «Мы не знаем, почему они образовались в этих местах, но, возможно, неоднородность поверхности влияет на это», — написал Дэвис. «Было бы интересно посмотреть, сможем ли мы идентифицировать какие-либо метровые формы рельефа в этих обширных междюнных областях Марса… подобно примерам из Намибии».
Более того, земные дюны, как правило, бывают либо очень короткими (сантиметры), либо очень длинными (от десятков до сотен метров). Хотя сотни дюн у северного полюса Марса имеют ту же форму, что и земные дюны, большинство из них имеют длину 1–2 метра. Планетарные геологи всё ещё пытаются это объяснить.
«Марс и другие планетарные тела, такие как Титан, — это, в некотором смысле, лаборатории, где физические условия отличаются от земных — другая плотность атмосферы, другой размер зёрен и тип материала», — написал Лиор Рубаненко в электронном письме. «Это позволяет нам проводить и наблюдать «планетарные» эксперименты, которые бросают вызов нашим нынешним парадигмам».
«Сравнение наблюдений за дюнами между этими планетами может помочь нам лучше понять механизмы, управляющие переносом песка и формированием дюн», — добавил он.
— Кимберли М. С. Картье (@astrokimcartier.bsky.social), штатный писатель
Цитата: Cartier, K. M. S. (2025), Mini dunes form when sand stops bouncing, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250216. Опубликовано 11 июня 2025 года.
Текст © 2025. Авторы. CC BY-NC-ND 3.0
За исключением случаев, когда указано иное, изображения защищены авторским правом. Любое повторное использование без явного разрешения владельца авторских прав запрещено.