Многие, по-видимому слышали страшные случаи о зыбучих песках: как где-то в пустыне караван верблюдов утонул, провалившись в пески, в аляскинском фьорде легковая машина ехала по отмели и забуксовала, муж сказал жене – выйди, подтолкни, она вышла и так затянуло её ноги в песок, что откопать вовремя не удалось, одну ногу уж откопали, а вторая держит, приливная волна накрыла её с головой и так она и погибла, хотя поздно вызванные водолазы и пытались, ныряя в воду, откопать её. Так вот я скажу: верьте этому, верьте, так на самом деле бывает. И неправда, когда говорят, что в песке утонуть нельзя, т.к. его удельный вес выше, чем средний удельный вес живого существа - можно утонуть, даже полностью погрузившись в песок. И не нужно выдумывать про какие-то особые пески, с примесью глины или ещё чего-то. Всё это враки – самые обычные пески на это способны, лишь бы были условия.
Без комментариев
Что мы знаем о песке. Если вы высыплете стакан сухого песка на газету, то образуется конус с пористостью порядка 45-50%. То есть объём пор, занятых воздухом в таком конусе будет составлять 45-50% от объёма самого конуса. Это – достаточно рыхлый песок.
Когда я учился в Московском Нефтяном институте в середине прошлого века, наши преподаватели подземной гидравлики рассказывали о моделях самой плотной и самой рыхлой упаковок песка. В самой плотной упаковке один шарик песка (для простоты песчинки представляли шариками одинакового диаметра) контактировал с 12 такими же шариками. В самой рыхлой упаковке один шарик контактировал с шестью такими же шариками. И мы всё это принимали на веру. Но в последние пару десятков лет я сильно засомневался в этом. Может ли быть ещё более рыхлый песок? Да, может. В том песке, что насыпан на газете, каждая песчинка контактирует с 6-7 соседними песчинками. Но возможна структура, при которой каждая песчинка контактирует только с 4-мя соседними песчинками. Я попытался посчитать пористость такой упаковки, это оказалось нетрудно, достаточно было знать стереометрию за 8-9 классы школы. И получилось, что пористость такого «сверхрыхлого» песка равна ~83%, а точнее 82,999..%. (Если кто не верит, может обратиться ко мне, пришлю несложный расчёт).
И вот представьте ситуацию: человек, видя перед собой отмель, вступает в неё ногой и проваливается. Почему? Да потому, что там раньше была пористость 83%, а когда он потревожил структуру песка, песок переупаковался, и его пористость снизилась до 45-50%. Песок просто осыпался на ногу. Ну и что? Встаньте на пол и пусть вам на ноги насыплют мешок песка. Сможете ли вы выбраться из него? Без проблем! Вы опираетесь на одну ногу и вытаскиваете другую, переставляете на свободное место на полу и то же делаете со второй ногой. Но это на жёстком полу. А на отмели под ногами, погрузившимися в песок, находится рыхлый песок с пористостью 83 % (переупаковалась только самая верхняя часть, потревоженная вашими ногами), и как только вы пытаетесь опереться одной ногой, перенося на неё свой вес, вы тут же проваливаетесь ещё глубже. И вам кажется, что песок напрочь прихватил ноги, «забетонировал» их, как пишут журналисты. И неспроста кажется, на самом деле песок присасывает ваши ноги, как я покажу ниже. Выбраться можно, например, с помощь воздушного шара (знаете, сейчас есть монгольфьеры, в которых горелка нагревает воздух, направляемый в непроницаемую пластиковую оболочку, мы видим фотографии, где такой монгольфьер поднимает в небо человека вместе с его домом), так вот пусть с такого воздушного шара кинут вам верёвку с петлёй, достаточной, чтобы просунуть в неё голову и руки, и эта верёвка вытянет вас из песка, и никакого бетона на ногах вы не почувствуете. Конечно, где зыбучий песок и где монгольфьер? Но это уже проблема другого рода.
Помню впечатления жительницы Парижа, отдыхавшей на проливе Ла-Манш, опубликовавшей их в своём блоге пару лет назад. Там разница уровней прилива-отлива составляла несколько метров, но меня поразило вот что: во время отлива местные жители забредают в сторону моря на 200-300 м от берега и выковыривают из отливного морского дна моллюсков, из которых потом готовят вкусную еду. А как же зыбучие пески? Их нет там. Потому, что поток приливной воды идёт НАД дном, он не взмучивает донный осадок, песок остаётся в плотном состоянии, и по нему можно спокойно гулять.
Совсем другая картина наблюдается там, где приливной воде приходится пробиваться вперёд и назад через длинные узкие заливы или долины рек два раза в сутки, например, р. Кулой, впадающая в Мезенский залив Белого моря, фьорд Тарнэген на Аляске, залив Моркембе-Бей в Англии. Фьорд Тарнэген имеет длину 80 километров и весь состоит из зыбучих песков. Приливная вода в Моркэмбе-Бей прибывает стремительно, и уровень воды в заливе быстро поднимается на девять метров. Как поступает эта вода? Частично поверх дна, частично через донные осадки. И сейчас самое время сказать несколько слов относительно проницаемости донных осадков.
Возвращаясь к тем моделям из шариков, о которых нам рассказывали в институте, хочу отметить, что ни в то время, ни сейчас, по прошествии шести десятков лет никто не определил, какова же была проницаемость этих моделей (я имею в виду критериальную проницаемость, когда все параметры, такие, как диаметр шаров, плотность и вязкость жидкости или газа, увязаны в «критерии», безразмерные отношения, и на результат влияет только само расположение шаров по отношению друг к другу). Да если сейчас поставить этот вопрос в каком-нибудь всемирно известном университете, то сразу возникнет встречный вопрос – а кому это нужно. Почему-то все уверены, что наука делается потому, что это кому-то нужно. Опасное заблуждение – наука делается потому, что это любопытно, причем именно тому, кому это любопытно. Недаром академик Арцимович справедливо отметил, что наука – это способ удовлетворять своё любопытство (далее он добавил «за государственный счёт», но бывают случаи, когда эта государственная компенсация отсутствует).
Так вот, что делать, когда нужные исследования не проведены, а они нужны? Правильно, обратиться за помощью к научным соседям, что я и сделал – посмотрел, как в науке была исследована гидравлика шаров. И это направление дало нужный результат. Оказалось, что обтекание шаров жидкостью и газом исследовано очень хорошо, причём не только отдельных шаров, но и групп шаров (даже существует такой термин «стеснённое падение шаров»). Не буду вдаваться в детали, но отмечу, что при прочих равных условиях гидравлическое сопротивление шаров однозначно зависит от пористости, т.е. от соотношения доли пространства, занимаемого обтекающим флюидом к пространству, занимаемому самими шарами. Опять не буду вдаваться в детали (если кого-то интересует, напишите, я всё подробно отвечу), но отмечу, что если проницаемость самой тесной упаковки шаров (контакт с 12 окружающими шарами) принять за единицу, то при снижении числа контактов с соседями до шести проницаемость увеличивается в 8,9 раза, а при снижении числа контактов до четырёх проницаемость увеличивается аж в 143 раза.
И, тем не менее, эта проницаемость оказывается недостаточной, чтобы приливная волна в узких заливах или долинах полностью шла через донные осадки. Тут другие научные соседи, а именно те, которые занимаются гидро- и пневмотранспортом твёрдых материалов в псевдоожиженном состоянии, подсказывают, что когда поток флюида бывает слишком велик, то в массе переносимых твёрдых частиц возникают «пузыри», т.е. полости, заполненные одним только флюидом. В переводе на приливно-отливную ситуацию в заливах и каньонах, в разрыхлённых донных осадках могут образовываться туннели, по которым движутся приливно-отливные воды. И если бы можно было с самолёта пролететь над долиной и каким-то геофизическим методом (инфразвуковой акустикой или ещё чем-то подобным) закартировать эти туннели, то мы бы увидели, как они расположены. Поскольку приливы-отливы повторяются каждые шесть часов, вода по эти туннелям движется в ту и другую сторону довольно часто.
Ну, хорошо, примем, как гипотезу, что вода в зонах зыбучих песков движется и поверх донных осадков и по туннелям внутри самих осадков. Но ведь во время отлива вода уходит обратно в море. А кто приходит вместо неё в донные осадки? Воздух. Он просачивается из атмосферы через поры осадка, вытягивает всю влагу с поверхности (вот почему снаружи отмели, в зонах зыбучих песков выглядят такими сухими и привлекательными для туристов). Но это не всё. Уходящая из туннелей вода создаёт в осадках вакуум, и этот вакуум лишь частично гасится поступлением воздуха из атмосферы. Когда человек попадает в зыбучий песок, то его этот вакуум присасывает. Вот почему создаётся ощущение, что ноги прихватило как бетонным раствором. И если кто-то раскапывает вам ноги в этом песке, то песчинки не отлетают далеко, а с потоком воздуха, всасываемого зыбучими песками, возвращаются на места, откуда они были выкопаны. Вот почему так трудно откопать ноги человека, попавшего в зыбучие пески.
Вакуум в туннелях донных осадков во время отлива способствует сохранению туннелей в часы, когда они свободны от воды – цилиндрообразная конструкция из песка обжимается снаружи, и это делает её более устойчивой.
Тут ведь что-то произошло?
Отвлечёмся о зоны приливов и отливов и обратим внимание на пустыню. «Ходят слухи, что в Сахаре, по вине зыбучих песков, иногда бесследно исчезают целые караваны. Кочевники из племени туарегов рассказывали о душераздирающих воплях, доносящихся по ночам из–под земли. Они верят, что это стонут души людей, поглощенных алчным чревом пустыни. Недавно российские ученые сделали открытие на основании фотоснимков земной поверхности, полученных со спутника, — под пустыней протекает мощная подземная река» (Зыбучие пески. Что это?).
Конечно, подземная река течёт в одну сторону и не меняет направления каждые 12 часов. Но и у подземной реки бывают периоды весенне-летних повышений расхода в связи с таянием ледников в верховьях реки и осенне-зимних сокращений расхода воды. И туннели, образовавшиеся в периоды повышенного расхода, не сразу осыпаются после его сокращения. Вот и возможная причина проваливания караванов в пески пустыни.
В целом, зыбучие пески – это интереснейшая и достаточно полезная для человечества область научных исследований, но «кому это нужно?» скажут администраторы от науки, которые распределяют научные деньги - «без этого можно прожить!».
Комментарии:
М. ТАРТАКОВСКИЙ. Песок как чудо.
- at 2013-03-30 11:46:17 EDT
Как интересно! Прекрасно! Мир - прекрасен!
В одну из командировок в Киев (к родителям) я прихватил жену. Было лето. Жаркий воскресный день. Мы прошли по левому берегу - Матвеевский остров - ближе к впадению Десны. Искали для обычных дел безлюдное место - подальше от пляжа. К вечеру стали возращаться. Проходя через нетронутые никем пески (ноги выше ступни полностью увязали в них) услышали вдруг какие-то непонятные, но вполне внятные звуки. Не сразу поняли, что звуки издаваемы песком, потревоженном нами. Стали экспериментировать: идти быстро, медленно, бегать вдоль берега и перпендикулярно ему; тональность звуков всякий раз была несколько иной. Упражнения были довольно трудоёмкими: мы быстро устали и взмокли...
Я где-то когда-читал о зыбучих песках - и вот удалось насладиться этим чудом природы.
Марк Фукс
Израиль, Хайфа - at 2013-03-30 07:01:10 EDT
В моей памяти два случая с песком.
Первый. В середине шестидесятых на евпаторийском пляже уронил золотое кольцо в песок. Попытался достать его из него, найти. Не получилось. Очертил круг диаметром с метр и стал методично и осторожно ворошить песчинки. Нашел кольцо за границей круга, на глубине в сто-сто двадцать миллиметров.
И случай второй.
Кирьят Хаим построен на песках, на берегу Хайфского залива. Когда сегодня идешь по его покрытым зеленью улицам и аллеям забываешь про это. Зря. Однажды на своей тогдашней «Шкоде» подъехал к почте в центре местного главного проспекта «Ахи Эйлат». Места для стоянки не было. Преодолел полоску асфальта и поставил машину на песчаный грунт за тротуаром. Рядом стоял еще один автомобиль. Вернулся к машине через четверть часа. Вся правая часть машины просела в песок по оси колес. Спустил давление в шинах, подергался, но самостоятельно выбраться не смог.
Приходилось также гнать машину из Красноводска в Ташкент.
Пески наверное не зыбучие, но впечатляет.
За интересный рассказ спасибо.
М.Ф.
Инна Ослон
- at 2013-03-30 02:21:15 EDT
Какой свежий материал! Я далека от физики, но читать было очень интересно.
Многие, по-видимому слышали страшные случаи о зыбучих песках: как где-то в пустыне караван верблюдов утонул, провалившись в пески, в аляскинском фьорде легковая машина ехала по отмели и забуксовала, муж сказал жене – выйди, подтолкни, она вышла и так затянуло её ноги в песок, что откопать вовремя не удалось, одну ногу уж откопали, а вторая держит, приливная волна накрыла её с головой и так она и погибла, хотя поздно вызванные водолазы и пытались, ныряя в воду, откопать её. Так вот я скажу: верьте этому, верьте, так на самом деле бывает. И неправда, когда говорят, что в песке утонуть нельзя, т.к. его удельный вес выше, чем средний удельный вес живого существа - можно утонуть, даже полностью погрузившись в песок. И не нужно выдумывать про какие-то особые пески, с примесью глины или ещё чего-то. Всё это враки – самые обычные пески на это способны, лишь бы были условия.
Без комментариев
Что мы знаем о песке. Если вы высыплете стакан сухого песка на газету, то образуется конус с пористостью порядка 45-50%. То есть объём пор, занятых воздухом в таком конусе будет составлять 45-50% от объёма самого конуса. Это – достаточно рыхлый песок.
Когда я учился в Московском Нефтяном институте в середине прошлого века, наши преподаватели подземной гидравлики рассказывали о моделях самой плотной и самой рыхлой упаковок песка. В самой плотной упаковке один шарик песка (для простоты песчинки представляли шариками одинакового диаметра) контактировал с 12 такими же шариками. В самой рыхлой упаковке один шарик контактировал с шестью такими же шариками. И мы всё это принимали на веру. Но в последние пару десятков лет я сильно засомневался в этом. Может ли быть ещё более рыхлый песок? Да, может. В том песке, что насыпан на газете, каждая песчинка контактирует с 6-7 соседними песчинками. Но возможна структура, при которой каждая песчинка контактирует только с 4-мя соседними песчинками. Я попытался посчитать пористость такой упаковки, это оказалось нетрудно, достаточно было знать стереометрию за 8-9 классы школы. И получилось, что пористость такого «сверхрыхлого» песка равна ~83%, а точнее 82,999..%. (Если кто не верит, может обратиться ко мне, пришлю несложный расчёт).
И вот представьте ситуацию: человек, видя перед собой отмель, вступает в неё ногой и проваливается. Почему? Да потому, что там раньше была пористость 83%, а когда он потревожил структуру песка, песок переупаковался, и его пористость снизилась до 45-50%. Песок просто осыпался на ногу. Ну и что? Встаньте на пол и пусть вам на ноги насыплют мешок песка. Сможете ли вы выбраться из него? Без проблем! Вы опираетесь на одну ногу и вытаскиваете другую, переставляете на свободное место на полу и то же делаете со второй ногой. Но это на жёстком полу. А на отмели под ногами, погрузившимися в песок, находится рыхлый песок с пористостью 83 % (переупаковалась только самая верхняя часть, потревоженная вашими ногами), и как только вы пытаетесь опереться одной ногой, перенося на неё свой вес, вы тут же проваливаетесь ещё глубже. И вам кажется, что песок напрочь прихватил ноги, «забетонировал» их, как пишут журналисты. И неспроста кажется, на самом деле песок присасывает ваши ноги, как я покажу ниже. Выбраться можно, например, с помощь воздушного шара (знаете, сейчас есть монгольфьеры, в которых горелка нагревает воздух, направляемый в непроницаемую пластиковую оболочку, мы видим фотографии, где такой монгольфьер поднимает в небо человека вместе с его домом), так вот пусть с такого воздушного шара кинут вам верёвку с петлёй, достаточной, чтобы просунуть в неё голову и руки, и эта верёвка вытянет вас из песка, и никакого бетона на ногах вы не почувствуете. Конечно, где зыбучий песок и где монгольфьер? Но это уже проблема другого рода.
Помню впечатления жительницы Парижа, отдыхавшей на проливе Ла-Манш, опубликовавшей их в своём блоге пару лет назад. Там разница уровней прилива-отлива составляла несколько метров, но меня поразило вот что: во время отлива местные жители забредают в сторону моря на 200-300 м от берега и выковыривают из отливного морского дна моллюсков, из которых потом готовят вкусную еду. А как же зыбучие пески? Их нет там. Потому, что поток приливной воды идёт НАД дном, он не взмучивает донный осадок, песок остаётся в плотном состоянии, и по нему можно спокойно гулять.
Совсем другая картина наблюдается там, где приливной воде приходится пробиваться вперёд и назад через длинные узкие заливы или долины рек два раза в сутки, например, р. Кулой, впадающая в Мезенский залив Белого моря, фьорд Тарнэген на Аляске, залив Моркембе-Бей в Англии. Фьорд Тарнэген имеет длину 80 километров и весь состоит из зыбучих песков. Приливная вода в Моркэмбе-Бей прибывает стремительно, и уровень воды в заливе быстро поднимается на девять метров. Как поступает эта вода? Частично поверх дна, частично через донные осадки. И сейчас самое время сказать несколько слов относительно проницаемости донных осадков.
Возвращаясь к тем моделям из шариков, о которых нам рассказывали в институте, хочу отметить, что ни в то время, ни сейчас, по прошествии шести десятков лет никто не определил, какова же была проницаемость этих моделей (я имею в виду критериальную проницаемость, когда все параметры, такие, как диаметр шаров, плотность и вязкость жидкости или газа, увязаны в «критерии», безразмерные отношения, и на результат влияет только само расположение шаров по отношению друг к другу). Да если сейчас поставить этот вопрос в каком-нибудь всемирно известном университете, то сразу возникнет встречный вопрос – а кому это нужно. Почему-то все уверены, что наука делается потому, что это кому-то нужно. Опасное заблуждение – наука делается потому, что это любопытно, причем именно тому, кому это любопытно. Недаром академик Арцимович справедливо отметил, что наука – это способ удовлетворять своё любопытство (далее он добавил «за государственный счёт», но бывают случаи, когда эта государственная компенсация отсутствует).
Так вот, что делать, когда нужные исследования не проведены, а они нужны? Правильно, обратиться за помощью к научным соседям, что я и сделал – посмотрел, как в науке была исследована гидравлика шаров. И это направление дало нужный результат. Оказалось, что обтекание шаров жидкостью и газом исследовано очень хорошо, причём не только отдельных шаров, но и групп шаров (даже существует такой термин «стеснённое падение шаров»). Не буду вдаваться в детали, но отмечу, что при прочих равных условиях гидравлическое сопротивление шаров однозначно зависит от пористости, т.е. от соотношения доли пространства, занимаемого обтекающим флюидом к пространству, занимаемому самими шарами. Опять не буду вдаваться в детали (если кого-то интересует, напишите, я всё подробно отвечу), но отмечу, что если проницаемость самой тесной упаковки шаров (контакт с 12 окружающими шарами) принять за единицу, то при снижении числа контактов с соседями до шести проницаемость увеличивается в 8,9 раза, а при снижении числа контактов до четырёх проницаемость увеличивается аж в 143 раза.
И, тем не менее, эта проницаемость оказывается недостаточной, чтобы приливная волна в узких заливах или долинах полностью шла через донные осадки. Тут другие научные соседи, а именно те, которые занимаются гидро- и пневмотранспортом твёрдых материалов в псевдоожиженном состоянии, подсказывают, что когда поток флюида бывает слишком велик, то в массе переносимых твёрдых частиц возникают «пузыри», т.е. полости, заполненные одним только флюидом. В переводе на приливно-отливную ситуацию в заливах и каньонах, в разрыхлённых донных осадках могут образовываться туннели, по которым движутся приливно-отливные воды. И если бы можно было с самолёта пролететь над долиной и каким-то геофизическим методом (инфразвуковой акустикой или ещё чем-то подобным) закартировать эти туннели, то мы бы увидели, как они расположены. Поскольку приливы-отливы повторяются каждые шесть часов, вода по эти туннелям движется в ту и другую сторону довольно часто.
Ну, хорошо, примем, как гипотезу, что вода в зонах зыбучих песков движется и поверх донных осадков и по туннелям внутри самих осадков. Но ведь во время отлива вода уходит обратно в море. А кто приходит вместо неё в донные осадки? Воздух. Он просачивается из атмосферы через поры осадка, вытягивает всю влагу с поверхности (вот почему снаружи отмели, в зонах зыбучих песков выглядят такими сухими и привлекательными для туристов). Но это не всё. Уходящая из туннелей вода создаёт в осадках вакуум, и этот вакуум лишь частично гасится поступлением воздуха из атмосферы. Когда человек попадает в зыбучий песок, то его этот вакуум присасывает. Вот почему создаётся ощущение, что ноги прихватило как бетонным раствором. И если кто-то раскапывает вам ноги в этом песке, то песчинки не отлетают далеко, а с потоком воздуха, всасываемого зыбучими песками, возвращаются на места, откуда они были выкопаны. Вот почему так трудно откопать ноги человека, попавшего в зыбучие пески.
Вакуум в туннелях донных осадков во время отлива способствует сохранению туннелей в часы, когда они свободны от воды – цилиндрообразная конструкция из песка обжимается снаружи, и это делает её более устойчивой.
Тут ведь что-то произошло?
Отвлечёмся о зоны приливов и отливов и обратим внимание на пустыню. «Ходят слухи, что в Сахаре, по вине зыбучих песков, иногда бесследно исчезают целые караваны. Кочевники из племени туарегов рассказывали о душераздирающих воплях, доносящихся по ночам из–под земли. Они верят, что это стонут души людей, поглощенных алчным чревом пустыни. Недавно российские ученые сделали открытие на основании фотоснимков земной поверхности, полученных со спутника, — под пустыней протекает мощная подземная река» (Зыбучие пески. Что это?).
Конечно, подземная река течёт в одну сторону и не меняет направления каждые 12 часов. Но и у подземной реки бывают периоды весенне-летних повышений расхода в связи с таянием ледников в верховьях реки и осенне-зимних сокращений расхода воды. И туннели, образовавшиеся в периоды повышенного расхода, не сразу осыпаются после его сокращения. Вот и возможная причина проваливания караванов в пески пустыни.
В целом, зыбучие пески – это интереснейшая и достаточно полезная для человечества область научных исследований, но «кому это нужно?» скажут администраторы от науки, которые распределяют научные деньги - «без этого можно прожить!».
___
Напечатано в журнале «Семь искусств» #3(40) март 2013 — 7iskusstv.com/nomer.php?srce=40
Адрес оригиначальной публикации — 7iskusstv.com/2013/Nomer3/Cajger1.php
