模式如何在盐漠中出现

蜂窝状图案在世界各地的盐沙漠中形成，例如加利福尼亚州死亡谷的恶水盆地或智利的乌尤尼盐沼。这些神秘的盐结构每年吸引数以万计的游客。乌尤尼盐沼的外星人图案也可以在电影场景中看到，例如在“星球大战：最后的绝地武士”中，它们作为沙漠星球 Crait 的背景。

到目前为止，还没有一种机制能够解释这些图案的起源及其标志性的形状和大小。此前，人们怀疑沙漠的盐壳变干并形成裂缝，图案围绕这些裂缝生长。另一种假设解释了图案形成的事实，即盐壳由于缺乏空间而不断生长和弯曲，从而形成图案。然而，这两种解释都不能解释始终一致的尺寸——一到两米——以及图案的蜂窝形状。格拉茨科技大学 (TU Graz) 交互系统和数据科学研究所的 Jana Lasser 与来自德国和英国的研究人员现在提供了一个更合理的解释。在Physical Review X杂志上, 他们描述了地下盐水的对流是如何形成蜂窝状盐图案的。一到两米的蜂窝的恒定大小和图案生长的速度也可以归因于此。

好奇心驱使

来自 TU Graz 的第一作者 Jana Lasser 说：“这是好奇心驱动的基础研究的一个很好的例子。大自然向我们展示了一个明显而迷人的谜题，它激发了我们的好奇心，从而促使我们去解决它——即使没有任何直接进一步应用的可能性。” 为了揭开这个自然之谜，拉塞尔和她的合作者结合了物理学的流体动力学和地球科学的地貌学研究领域，从多个方向研究了这一现象。他们在实验室实验中观察了盐水如何在沙质土壤中移动，在数值模拟中分析了不同条件下图案的长度尺度，在加利福尼亚州的两项实地研究中，观察了自然界的模式并收集了样本，以表明地下的电流与表面可见的模式有关。

研究人员在实验、模拟和实地研究中收集的证据都指向一致的图景。模式形成的驱动机制是盐壳下土壤中盐水的对流或循环。出现这些模式的盐漠绝不是极度干燥的。相反，高盐分的地下水往往直达盐壳之下。当这种盐水在炎热的夏日阳光下蒸发时，盐仍然存在。这使得地表正下方的地下水更咸，因此比下面的淡水重。如果这种盐度差异足够大，靠近地表的咸水开始向下沉，而较淡的水从下面上升。类似于散热器中通过对流循环的冷热水，地下形成咸水和咸水的对流卷。单个对流辊将具有圆形形状，从而最大化辊封闭的体积同时最小化其周长。然而，当许多对流卷在地面上彼此相邻时，它们会被“挤压”在一起，形成六角形的蜂窝状图案，非常咸的水会沿着这些图案的边缘下沉。在含盐量特别高的地方，盐分也会在表面结晶得更多。随着时间的推移，由此产生的地壳形成凸起的隆起和边缘，形成蜂窝盐图案。它们被“挤压”在一起，形成六角形、蜂窝状的图案，非常咸的水沿着图案的边缘下沉。在含盐量特别高的地方，盐分也会在表面结晶得更多。随着时间的推移，由此产生的地壳形成凸起的隆起和边缘，形成蜂窝盐图案。它们被“挤压”在一起，形成六角形、蜂窝状的图案，非常咸的水沿着图案的边缘下沉。在含盐量特别高的地方，盐分也会在表面结晶得更多。随着时间的推移，由此产生的地壳形成凸起的隆起和边缘，形成蜂窝盐图案。

除了满足好奇心之外，了解盐漠的地形有助于预测有多少富含矿物质的尘埃会从盐漠表面脱落并进入大气层。这些尘埃反过来在云的形成和矿物质向海洋的运输中起着重要作用。

Jana Lasser 在哥廷根马克斯普朗克动力学与自组织研究所的博士论文中研究了这个主题。她的导师是 Lucas Goehring，后者目前在诺丁汉特伦特大学进行研究。自 2021 年以来，Lasser 一直在 TU Graz 的交互系统和数据科学研究所进行研究，在那里完成了 Physical Review X (PRX) 的大部分写作工作和出版物的许多修订。除了 Lasser 和 Goehring，来自哥廷根马克斯普朗克动力学和自组织研究所的 Marcel Ernst、来自南安普顿大学的 Jo Nield、来自利兹大学的 Cédric Beaume 和 Mathew Threadgold、来自哥廷根大学的 Volker Karius 和来自牛津大学的 Giles Wiggs 也参与了 PRX 的发表。

蜂窝状图案在世界各地的盐沙漠中形成，例如加利福尼亚州死亡谷的恶水盆地或智利的乌尤尼盐沼。这些神秘的盐结构每年吸引数以万计的游客。乌尤尼盐沼的外星人图案也可以在电影场景中看到，例如在“星球大战：最后的绝地武士”中，它们作为沙漠星球 Crait 的背景。

到目前为止，还没有一种机制能够解释这些图案的起源及其标志性的形状和大小。此前，人们怀疑沙漠的盐壳变干并形成裂缝，图案围绕这些裂缝生长。另一种假设解释了图案形成的事实，即盐壳由于缺乏空间而不断生长和弯曲，从而形成图案。然而，这两种解释都不能解释始终一致的尺寸——一到两米——以及图案的蜂窝形状。TU Graz 交互系统和数据科学研究所的 Jana Lasser 与来自德国和英国的研究人员现在提供了一个更合理的解释。在Physical Review X杂志上, 他们描述了地下盐水的对流是如何形成蜂窝状盐图案的。一到两米的蜂窝的恒定大小和图案生长的速度也可以归因于此。

好奇心驱使

来自 TU Graz 的第一作者 Jana Lasser 说：“这是好奇心驱动的基础研究的一个很好的例子。大自然向我们展示了一个明显而迷人的谜题，它激发了我们的好奇心，从而促使我们去解决它——即使没有任何直接进一步应用的可能性。” 为了揭开这个自然之谜，拉塞尔和她的合作者结合了物理学的流体动力学和地球科学的地貌学研究领域，从多个方向研究了这一现象。他们在实验室实验中观察了盐水如何在沙质土壤中移动，在数值模拟中分析了不同条件下图案的长度尺度，在加利福尼亚州的两项实地研究中，观察了自然界的模式并收集了样本，以表明地下的电流与表面可见的模式有关。

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