Тайна малых дюн раскрыта: как песок создает мини-барханы на Земле и Марсе

Новое исследование, проведенное под руководством Университета Саутгемптона и исследовательских институтов Франции, раскрыло тайну формирования миниатюрных песчаных дюн на пляжах и в пустынях. В то время как образование крупных пустынных дюн хорошо изучено, ученые до сих пор не могли применить существующую теорию для объяснения появления дюн меньшего масштаба – тех, с которыми можно столкнуться во время прогулки по пляжу. Результаты исследования, опубликованные 12 мая 2025 года в журнале PNAS, не только объясняют, как возникают эти так называемые «протодюны» на Земле, но и могут дать ключ к пониманию их формирования на Марсе и других планетах.

Профессор Джо Нилд из Университета Саутгемптона, возглавлявшая исследование, объясняет, что это те самые мелкомасштабные песчаные формы рельефа, которые люди могут наблюдать на пляже, формирующиеся буквально на глазах, прежде чем ветер стихнет или волны их смоют. Она добавляет, что теория образования больших, волнистых дюн, которые можно представить себе в пустыне Сахара, предполагает наличие практически неограниченного количества мягкого, сухого песка, который поднимается и переносится ветром. Однако эта теория не объясняет, как такие небольшие дюны образуются на влажных поверхностях, например, на пляже, или на твердых гравийных участках.

Протодюны было сложно детально изучать из-за их малых размеров, достигающих всего нескольких сантиметров в высоту, быстрого перемещения и роста – они могут вырасти с нуля до шести сантиметров в течение получаса, а также способности исчезать так же быстро, как и появляться.

Международная исследовательская группа, включающая специалистов из Саутгемптона, Парижа, Оксфорда, Лафборо, Иллинойса и Денвера, впервые смогла зафиксировать процесс формирования этих небольших дюн с помощью высокоточного лазерного сканирования в пустыне Намиб.

Ученые обнаружили, что песок, движущийся по более твердым, уплотненным поверхностям, подпрыгивает выше и активнее переносится ветром. Попадая на более мягкую, покрытую рябью поверхность, песок начинает накапливаться. Профессор Нилд уточняет, что на таких поверхностях песок не просто катится по земле, а подскакивает на высоту до метра, и происходит постепенный переход, когда песчинки ощущают изменение с твердой поверхности на неровную, покрытую рябью. По ее словам, как только начинают образовываться неровности, это влияет на ветровые потоки, принося дополнительный песок и способствуя росту дюны, аналогично тому, как это происходит с более крупными дюнами.

Новая теория, подкрепленная полученными высокоточными данными, была использована соавторами из Парижа для создания компьютерной модели, описывающей действующую динамику. Примечательно, что модель способна точно воспроизводить то, что исследователи наблюдали в полевых условиях как в засушливых регионах, таких как Намибия, так и во влажных условиях в Колорадо и Норфолке. Модель также позволяет команде изменять различные параметры, такие как количество песка и сила ветра, для изучения различных сценариев.

Профессор Филипп Клоден, соавтор статьи из Французского национального центра научных исследований (CNRS), отмечает, что модель может почти идеально воспроизводить то, что они видят в полевых данных. По его словам, интересно, что схожие закономерности наблюдаются как в засушливых районах с гравием, так и в прибрежных зонах, где присутствует влага. Он добавляет, что с помощью модели видно: если дуют очень сильные ветры, дюны будут становиться все больше и больше, тогда как при недостаточном поступлении песка протодюна будет разрушаться и исчезать.

Эти протодюны существуют не только на Земле. В настоящее время исследовательская группа изучает, как мини-дюны формируются на Марсе. Профессор Нилд выражает энтузиазм по поводу возможности применить полученные на Земле знания к Марсу и понять сходства и различия между протодюнами на двух планетах.