研究揭示迷你沙丘形成的奥秘

虽然大型沙漠沙丘的形成已经得到很好理解，但科学家们无法用相同的理论解释如何在海滩度假时可见的小规模沙丘的出现。

这些研究成果今日（2025年5月12日）发表于期刊《PNAS》，不仅揭示了这些所谓的“原型沙丘”在地球上的形成过程，还可能为它们在火星和其他行星上的形成提供线索。

来自南安普顿大学的乔·尼尔德教授表示：“这些是人们在海滩上目睹的较小规模的沙床形态，风停止或波浪洗去之前，它们会在你眼前形成。”

“关于你可能在撒哈拉沙漠中想象的大型波浪沙丘形成的理论假设你有几乎无限量的柔软、干燥的沙子，这些沙子被风带走并沉积。但是，这并未考虑到这些小沙丘如何在潮湿的表面如海滩或坚硬的砾石区域上成形。”

原型沙丘的研究一直很困难，因为它们体积小（高达几厘米），移动和生长迅速（从无到六厘米仅需半小时），并且可以像出现得那样迅速消失。

国际研究团队包含来自南安普顿、巴黎、牛津、拉夫堡、伊利诺伊州和丹佛的成员，他们首次利用高分辨率激光扫描在纳米比亚沙漠捕捉到这些小沙丘的形成过程。

他们发现，在更坚硬、更固结的表面上移动的沙子跳得更高，受到风的运输更多。一旦沙子落在更柔软、起伏的表面上，它就会积累。

尼尔德教授表示：“在这些表面上，沙子不仅仅是沿着地面滚动，它会跳起大约一米，因此颗粒会逐渐感受到从固结到起伏表面的变化。”

“一旦隆起开始形成，这会影响风的模式，添加更多沙子并帮助沙丘生长，就像在大型沙丘中发生的那样。”

这个新理论，以及所捕获的高分辨率数据，已由巴黎的合著者们开发出了一个动态计算机模型。令人兴奋的是，该模型能够准确再现研究人员在如纳米比亚等干旱条件下的野外研究观察到的情况，也能在科罗拉多州和诺福克的潮湿条件下有效应用。

该模型还允许团队调整不同的参数，例如沙子和风的数量，以理解不同的场景。

来自法国国家科学研究中心（CNRS）的合著者菲利普·克劳丁教授表示：“该模型几乎完美地再现了我们在现场数据中看到的情况。有趣的是，我们在干旱地区有砾石和有湿气的沿海地区看到了类似的模式。”

“通过该模型，我们可以看到如果风真的很强，沙丘会变得越来越大，而如果沙子进入得不多，原型沙丘就会侵蚀并消失。”

这些原型沙丘并不是地球所独有的。研究团队现在正在研究微型沙丘是如何在火星上形成的。

尼尔德教授表示：“我们非常兴奋看到我们在地球上学到的东西如何可以应用于火星，并理解这两颗行星上原型沙丘的异同。”

这项研究得到了自然环境研究委员会（NERC）和国家科学基金会（NSF）的资助。