世界中の塩原の幾何学模様が非常に似ている理由は次のとおりです

カリフォルニア州デスバレーのバッドウォーター盆地など、世界中の塩原は、同様のサイズの多角形を形成しています。

ルディ・スルガン/イメージバンク/ゲッティイメージズプラス

マシュー・R・フランシス著

2023 年 4 月 5 日午前 7 時

デスバレーからチリ、イランに至るまで、世界中のプラヤで同じような大きさの多角形の塩が形成されています。そして地下の流体の流れが、その理由についての長年の謎を解く鍵となるかもしれません。

五角形や六角形などの幾何学的形状は、さまざまな地質環境で自然発生的に形成されます。 乾燥した泥、氷、岩は多角形に割れることがよくありますが、これらのパターンのサイズは大幅に異なる傾向があります。

では、なぜすべてのプレーヤーがこれほど一貫して似ているのでしょうか? 答えは地下にあると、物理学者のジャナ・ラッサー氏らはフィジカル・レビューXで2月24日を提案している。洗練された数学モデル、コンピューター・シミュレーション、そしてカリフォルニアのオーエンズ湖で行われた実験を用いて、研究チームは地表で見たものと地下で起こっていることを結びつけた。

「地下の流体の流れと対流は、パターンが形成される理由を独自に説明することができます」とオーストリアのグラーツ工科大学のラッサー氏は言う。

この 3D アプローチは、塩味のポリゴンの普遍性を説明する鍵となりました。

塩原は、降雨が少なく蒸発が多い場所に形成されます (SN: 2007 年 12 月 5 日)。 地表まで浸透した地下水は蒸発し、水に溶けていた塩やその他の鉱物の地殻が残ります。 最も印象的なのは、このプロセスにより、プラヤを多角形に分割する濃縮された塩の低い隆起が生じます。ほとんどが六角形で、五角形やその他の幾何学的形状が少し含まれています。

塩の種類はプラヤごとに異なります。 一部のプラヤでは食塩、つまり塩化ナトリウムが主に使用されていますが、亜硫酸塩が多く含まれているプラ​​ヤもあります。 そして、塩の殻自体の厚さは数ミリメートルから数メートルの範囲です。 このバリエーションが、プラヤのパターンを説明するこれまでの試みが失敗した理由のようです。

地殻の厚さがメートルであろうとミリメートルであろうと、塩田には直径 1 ～ 2 メートルの多角形があります。 以前のモデルは、亀裂、膨張、その他の現象に基づいており、泥や岩の破壊によって地殻の厚さに応じてサイズが異なる多角形がどのように生成されるかを説明していました。

地下水が地表から蒸発すると、残った地下水に塩分が濃縮されます。 密度が高くなって重くなった塩水は沈み、密度の低い他の水を上に押し上げます。 ラッサーらは、時間の経過とともに、対流として知られる循環が、塩分濃度の高い水の下降プルームを垂直シートのネットワーク内に押し込む傾向があることを示した。 これらのシートの上の表面にはより多くの塩が堆積するため、厚い塩の隆起がそこに成長します。 その間には薄い塩の地殻が形成され、そこから塩分の少ない水が湧き出し、世界中のプラヤに共通する特徴的な多角形を自発的に形成します。

研究者らが使用した方程式は、地下水の相対的な塩分濃度、流体内の圧力、水の循環速度を表しています。 3D 問題の複雑さを最大限に活用したコンピューター シミュレーションは、ソルト クラストやポリゴンを使用しない状態で開始され、実際のプラヤに非常によく似たものを作成しました。

「この流体力学モデルは、地表の下で何が起こっているかを無視したモデルよりもはるかに理にかなっています」と、グラナダに拠点を置き、この研究には関与していないスペイン国立研究評議会の物理学者ジュリアン・カートライト氏は言う。

オーエンズ レイクでのテストは、チームがモデルを検証し、改良するのに役立ちました。 「物理学は、ただコンピューターの前に座っているだけではありません。そして、実験を伴う何かをしたかったのです。」とラッサー氏は言います。

湖は 1920 年代に水がロサンゼルスに分流されたため干上がりました。 残りの塩原に堆積した鉱物には、自然に多く含まれるヒ素が含まれており、風によって巻き上げられる塵とともに吹き飛ばされ、深刻な健康被害を引き起こします。 他の修復活動の中でも、より安定した塩地殻を形成するために塩水を湖底にポンプで注入しました (SN: 2001/11/28)。 人間の介入により、研究者たちは管理された方法で自分たちのアイデアをテストする機会が得られました。

「地域全体が破壊されました」とラッサー氏は言います。「しかし、私たちにとってそこは完璧な研究環境でした。」

この記事に関するご質問やコメントはありますか? まで電子メールでご連絡ください。 再版に関するよくある質問

J. ラッサーら。 塩ポリゴンと多孔質媒体の対流。 Physical Review X。2023 年 2 月 24 日にオンライン公開。doi: 10.1103/PhysRevX.13.011025。

私たちの使命は、正確で魅力的な科学ニュースを一般の人々に提供することです。 その使命が今日ほど重要になったことはありません。

非営利の報道機関として、私たちは皆様なしでは成り立ちません。

皆様のご支援により、私たちはコンテンツを無料で維持し、次世代の科学者やエンジニアがアクセスできるようにすることができます。 今すぐ寄付して、質の高い科学ジャーナリズムに投資してください。