Forskare vid EPFL och SLF beskriver med precision hur snö och sandytor eroderar när de utsätts för vind. Deras beskrivning kan bidra till bättre förutsägelser av dammutsläpp från öknar och snötransport i Antarktis, och kan anpassas till andra planeter.

Vind och vatten transporterar med sig en mängd partiklar, som leder till erosion eller avlagringar, som dammutsläpp från Sahara -öknen som kan nå Europa och snötransporter som kan ... blockera trafik.

Francesco Comola och Michael Lehning från EPFL och SLF beskriver exakt hur vindflödet påverkar en generisk yta av icke-homogena partiklar, som snö eller sand, med hjälp av en ny teori som en dag hjälper till att förbättra väderprognoser. Resultaten finns nu tillgängliga i Vol. 44, Nr 3 av Geofysiska forskningsbrev .

Det finns redan beskrivningar av vind- eller vattentransport, men det är första gången som grundläggande lagar - Newtons andra lag och energibesparing - används för att beskriva hur partiklar matas ut från en bädd av partiklar.

"Det är en milstolpe eftersom det är häpnadsväckande att partikelutstötningsprocessen aldrig har beskrivits hittills med hjälp av de grundläggande bevarandelagarna, säger Lehning, "åtminstone inte för ett stort antal sediment från heterogen sand till snö."

Den nya teorin är tillräckligt kraftfull för att de statistiskt kan förutsäga antalet partiklar som matas ut från partikelbädden och lyfts in i flödet, även för olika partikelstorlekar och varierande material eller flödesegenskaper.

Teorin kan ses som en generalisering av hur biljardbollar sprids av den vita bollen under den första träffen. Men på många sätt, biljardbordet är ett trivialt fall jämfört med partiklar i naturen. Istället för att ha en säng med bara 15 biljardbollar, modellen kan hantera ett stort antal partiklar och kan därför appliceras på stora områden på jorden eller andra planeter. Istället för att bara ha en vit boll, det kan finnas många infallande partiklar. Istället för att ha biljardbollar av samma form och storlek, partiklarna kan vara en blandning av former och storlekar som vad vi ser i en handfull sand eller snö. Istället för biljardbollar som varken lockar eller avvisar varandra, partiklarna kan vara klibbiga på grund av sammanhängande krafter, som våt sand eller fuktig snö.

Forskarna tror att deras nya modell kommer att främja studiet av sand- och krusutveckling, både i torra och polära områden. Det kommer också att bidra till att förbättra förutsägelser av dammutsläpp från öknar och snötransport i Antarktis, vars effekter sträcker sig från global hälsa till väder och klimatförändringar. Modellen kan också hjälpa till att hitta orsaken till den intensiva sandtransportaktiviteten som observerats på Mars, där den låga densiteten i atmosfären skulle tyda på att vindarna inte är tillräckligt starka för att urholka ytpartiklar.