Исследователи из Лаборатории сложных потоков Университета Суонси изучали замысловатые формы, возникающие при нагнетании воздуха в почву. Эти данные, опубликованные в Physical Review Applied, однажды могут быть использованы для ускорения обеззараживания промышленных заброшенных участков, площадь которых в Соединенном Королевстве в настоящее время составляет более 400 000 гектаров.
Эксперименты обманчиво просты: сжатый воздух нагнетается в узкие стеклянные ячейки, плотно заполненные песком и насыщенные водой. Однако не так просто появляются впечатляюще сложные структуры. Когда воздух раскалывает мокрый песок, образуется узор, напоминающий ветки деревьев на фоне зимнего неба или сеть кровеносных сосудов в теле.
Руководитель Complex Flow Lab и доцент Инженерного колледжа Университета Суонси д-р Бьорнар Санднес сказал: «Удивительно видеть, как совершенно разные системы могут создавать модели, которые выглядят до жути похожими. Часто это происходит потому, что глубокие под поверхностью они разделяют некий математический руководящий принцип».
Если оставить в стороне сложные закономерности, принцип формирования ветвей трещины оказывается на удивление простым.
Доктор. Джеймс М. Кэмпбелл, научный сотрудник Университета Суонси на протяжении всего проекта, объясняет: «Заполненные воздухом трещины идут по пути наименьшего сопротивления и отталкивают материал в сторону по мере продвижения вперед. Это создает более плотную область вокруг трещины, которая действует как щит, держа другие переломы на расстоянии вытянутой руки."
Доктор. Бьорнар Санднес сказал: «Мы изучаем эти паттерны в первую очередь потому, что нам любопытно узнать, какие физические механизмы формируют форму и функции этих прекрасных структур, а также потому, что эти процессы важны во многих природных и промышленных системах».
Одним из примеров этого может быть, когда почва загрязнена и нуждается в очистке. Химическое окисление на месте (ISCO) - это метод, при котором почва заливается химическим веществом, которое вступает в реакцию с загрязняющим веществом и обезвреживает его. Проблема с ISCO в том, что это занимает очень много времени, потому что потоки в почве очень медленные. Путем гидроразрыва почвы можно создать пути с высокой проводимостью для обмена жидкости, ускорения процесса очистки и снижения затрат для оператора.