Förgrenande träd av sprickor som skapas naturligt genom att injicera luft i våt sand 1. Kredit:Campbell, Ozturk, &Sandnes (2017). Fysisk granskning tillämpas
Forskare vid Swansea Universitys Complex Flow Lab har undersökt de komplicerade former som uppstår när luft injiceras i marken. Publicerad i Fysisk granskning tillämpas , dessa fynd skulle en dag kunna användas för att påskynda saneringen av industriella brownfield-platser – som Storbritannien för närvarande har över 400, 000 hektar av.
Experimenten är bedrägligt enkla, med tryckluft som injiceras i smala glasceller som är tätt packade med sand och mättade med vatten. Dock inte lika enkelt, är de spektakulärt komplexa strukturer som dyker upp. När luften spricker öppnar den våta sanden, ett mönster bildas som påminner om trädgrenar mot en vinterhimmel eller nätverket av blodkärl i kroppen.
Complex Flow Lab ledare och docent vid Swansea University's College of Engineering, Dr Björn Sandnes, sa:"Det är förvånande att se att vitt skilda system kan producera mönster som ser kusligt lika ut. Ofta beror det på att djupt under ytan, de delar någon matematisk vägledande princip."
Bortsett från komplexa mönster, principen som styr bildandet av sprickgrenarna visar sig vara förvånansvärt enkel.
Dr James M. Campbell, Postdoktor vid Swansea University under hela projektet, förklarar:"De luftfyllda sprickorna tar minsta motståndets väg och de trycker materialet åt sidan när de rör sig framåt. Detta skapar ett tätare område runt sprickan som fungerar som en sköld, hålla andra frakturer på armlängds avstånd."
Val av frakturmönster erhålls genom att variera hur snabbt luften pumpas in i cellen. Kredit:Campbell, Ozturk, &Sandnes (2017). Fysisk granskning tillämpas
Dr Björn Sandnes, sa:"Vi studerar dessa mönster först och främst för att vi är nyfikna på att upptäcka vilka fysiska mekanismer som formar formen och funktionen hos dessa vackra strukturer, men också för att dessa processer är viktiga i många naturliga och industriella system”.
Ett exempel på detta skulle vara när en jord är förorenad och behöver saneras. In-Situ Chemical Oxidation (ISCO) är en teknik där marken översvämmas med en kemikalie som reagerar med föroreningen, och gör det ofarligt. Problemet med ISCO är att det tar så lång tid eftersom flöden i jordar är så långsamma. Genom att spräcka jorden, högkonduktivitetsvägar kan genereras för vätskeutbyte, påskynda rengöringsprocessen, och minska kostnaderna för operatören.
