Зыбучие пески. Не пойму механизм

[Jo]

БСЭ: "Зыбучие пески,
пески, перенасыщенные водой восходящих источников и способные вследствие этого засасывать попадающие на них предметы, животных и человека. З. п. разнообразны по своей природе, по всегда лишены мелкозёмистой примеси. Благодаря тонкой плёнке воды, обволакивающей песчинки, сцепление между ними резко уменьшается, и З. п. ведут себя почти так же, как жидкость: погружение инородного тела продолжается до тех пор, пока вес вытесненного им песка не будет равен весу самого тела. З. п. чаще приурочены к берегам морей, озёр и рек (где обычно распространены восходящие источники), но могут иметь место и вдали от берегов, как на равнинах, так и в горах."

Не пойму, почему тонкая плёнка воды, обволакивает песчинки в толстых слоях песка? По идее слой такого песка должен был бы быть очень тонок (~10-см): выше должен бы лежать сухой песок, а ниже - промежутки между песчинками полностью заполненные водой?

Я здесь сопоставляю с обычным речным песком: в песке, кторый лежит под водой нога вообще не утопает, а больше всего нога утопает в том песке, который периодически мочит волна (там явно есть и воздух и вода). Но ширина (и явно глубина) этого слоя очень мала.

[Vladd]

В последнее время есть гипотезы о том, что подвижность зыбучих песков связана не с влажностью, а с электростатическими зарядами. Вот тут например:
http://www.astrocentr.ru/index.php?przd ... 5%D1%CA%C8

[Jo]

Спасибо!

ЗЫБУЧИЕ ПЕСКИ подвижная песчаная поверхность, способная затянуть (засосать) любой посторонний предмет (животное, человека), попавший не нее. Скорость затягивания бывает различной в различных местах и также зависит от величины, структуры предмета и его движений. Зыбучие пески представляют определенную опасность для людей, однако, чаще всего эта опасность явно преувеличивается, и люди могут беспрепятственно уйти прочь - как это происходило на известном многочисленными катастрофами атлантическом острове Сейбл (см. ниже), где экипаж мог покинуть выброшенный на берег корабль, но само судно в течении месяца-двух бесследно втягивал в себя песчаный берег. Зыбучие пески, за несколько минут втягивающие в себя человека чрезвычайно редко встречаются в мире, многие из них, например в Англии, засыпаны и уничтожены. Механизм их действия непонятен (обычно грунт в результате внутренних подвижек наоборот выталкивает вверх более легкие и более крупные предметы).
Среди наиболее интересных гипотез можно привезти гипотезу физика Виталия ФРОЛОВА, о том, что зыбучесть обусловлена электрическими эффектами. Известно, что мы живем в электрическом поле. Величина электрического потенциала у наших ног выше потенциала на уровне головы (когда мы стоим) в среднем на 200 вольт. Иногда эта разница достигает миллионов вольт. Если же под ногами сухая неэлектропроводящая порода, например песок, то такое же поле имеется и под землей, т.е. потенциал на глубине выше потенциала поверхности. Известно также, что в воздухе имеются свободные ионы и электроны, которые электрическим полем будут разделяться. Электроны уйдут вниз, а положительные ионы - вверх. Совсем иная картина - под землей. Ионы прочнее "сидят" на поверхности песчинок, чем электроны, которые постепенно стекают вниз до электропроводящего слоя или грунтовых вод. В итоге песчинки оказываются заряженными положительно. На них, как и на все положительно заряженные частицы, будет действовать электростатическая сила, направленная вверх. Конечно, этой силы недостаточно для того, чтобы поднять песчинку, и ее давление на нижележащие частицы будет уменьшено. К тому же одноименные заряды стремятся раздвинуть песчинки, в результате они не так сильно прижимаются друг к другу. Другими словами, между песчинками уменьшается трение. Песок становится текучим. Даже слабый ветерок способен переместить такую песчинку. Если такая текучесть распространяется на большую глубину, то песок становится зыбучим. Не дай бог оказаться на его поверхности. Песчинки под ногами раздвинутся и, отталкиваясь от прилипших к телу одноименно заряженных песчинок, "пропустят" плотное тело вниз. Очевидно, что в случае истинности этой гипотезы, всякие "трепыхания" и попытки освободиться, "выплыть" из "ожиженного" грунта только уменьшат трение, т.е. ускорят погружение в песок.

Получается, что явление зыбучих песков до сих пор оставляет много неразрешённых вопросов и загадок?

[Jo]

Сейчас воролде есть ещё одна теория:
если через любые контактирующие песчинки можно провести только состоящий из четного количества песчинок цикл,
то песчинки могут без трения скольжения катится друг по другу, это будет фактически "сухая жидкость".

Правда мне так и непонятно, насколько достижимо состояние, когда в песке есть только (или хотя бы преобладают) четные циклы? Может для этого нужны какие-то особые соотношения размеров частиц? Хотя интуитивно кажется, что при любых размерах песчинок большинство четных циклов будут неустойчивыми?

Вот в Кэмбридже был об этом семинар "Granular materials with even circuits: Ball-bearings and dry quicksand" http://www.talks.cam.ac.uk/show/archive/5507
(Не совсем, понятно, есть ли в письменном и электронном виде материалы этого семинара? Может у кого-то есть там знакомые или студенты, которые бы разузнали?)

[Виктор]

Йо, особенно не расстраивайтесь.. На этом семинаре в университете Кембриджа (он в основном, биолого-химически-нанотехнологической направленности) была рассмотрена всего одна тема , касающаяся "подвижных" или зыбучих песков..
Это тема профессора из Франции Ника Ривье Nick Rivier ..Granular materials with even circuits: Ball-bearings and dry quicksand..Грубо перевести , означает - " Гранулированные материалы с частицами одинакового размера : шарикоподшипниковый эффект в зыбучих песках" Причём это дело было в начале 2006 года и эта тема лишь частный случай рассмотрения "увеличения подвижности" зыбучих песков, хотя форма зерен не шибко влияет на способность песков "поглощать" предметы ,не могущие удерживаться на поверхности..

А вот профессор Детлиф Лоозе, физик (Professor Detlef Lohse) из университета of Twente (Нидерланды) с кафедры «Физики жидкостей»
(prof. dr. D. (Detlef) Lohse (Universiteit Twente, Physics of Fluids)
..... в 2004 году выдвинул вполне чёткие механизмы образования «зыбучих песков» и подтвердил их на практике в лаборатории..
"На поведение любых сыпучих материалов важную роль оказывает присутствие воздуха между гранулами".. Он же обосновал теорию «зыбучести»
СУХИХ ПЕСКОВ (есть зыбучие пески «мокрые» и «сухие»).. В его теории ( и лабораторной практике) было подтверждено, что в случаях обычных сухих песков в нормальном состоянии они занимают пространство в 56-60 %, остальное - ВОЗДУХ..Это обусловлено законом природы о плотнейшей упаковке. В этой ситуации силы молекулярного притяжения , «сцепления» между зернами, удерживают предметы на поверхности песка, независимо от его мощности..
Если нарушить закон плотнейшей упаковки , что происходит при движении песков («пересыпании»), до состояния в 40-41% песка по объему к количеству воздуха в нем, то он становится текучим или «зыбучим».. Чем выше уровень статической наэлектризованности в результате движения, тем дольше пески остаются «зыбучими» в спокойном состоянии.Хорошая шарикоподобная окатанность и однородный грансостав создают дополнительную подвижность песков в состоянии их «зыбучести»..Вот тут же и гипотеза физика Виталия ФРОЛОВА, насчет электризации.. Вот только непонятно, чем же это надо наэлектризовать пески и на какую глубину, чтобы нырнуть и не "выплыть" ??
МОКРЫЕ ПЕСКИ отличаются тем, что в обычном влажном состоянии, вместо воздуха «межзерновое» пространство занимает влага.. И существуют также силы притяжения между зернами, да ещё поверхностное натяжение у поровой воды в песке (слипание песка) и если количество влаги (за счет подземных слабонапорных вод ) довести примерно до такого же соотношения, как упомянуто выше, то песок становится «жидким»..
Вот две основных теории образования в природе песков, в которых можно утонуть, если не знаешь как себя вести.. Самое главное, чтобы пески были хорошо отсортированы по размеру частиц..Форма зерен мало влияет на «зыбучесть».., какие-то доли процента..

[Jo]

Спасибо!

Самое главное, чтобы пески были хорошо отсортированы по размеру частиц

А много ли в природе песков с практически одинаковым размером частиц?

Мне говорили, что они весьма нередко встечаются, например "полтавские пески" на Украине.

Автор гипотезы пишет, на сколько могут, а насколько не могут различаться размеры песчинок, чтобы песок был зыбучим?

[Виктор]

А много ли в природе песков с практически одинаковым размером частиц?

Вполне достаточно.. Это все месторождения песков, относящиеся по своей генетической принадлежности к морским и мелководным (лагунным и мелкого моря) пляжным образованиям . Возраст значения не имеет.

[Виктор]

Автор гипотезы пишет, на сколько могут, а насколько не могут различаться размеры песчинок, чтобы песок был зыбучим?

Если вы имеете ввиду Виталия Петровича Фролова, то у него нет ни одной статьи или какого-то сообщения о проведенных опытах или примере классификации песков , распределения их по фракциям и т.п.То есть, конкретно по этой теме..

И вообще, его гипотеза ставит значительную часть геофизики "вне закона"..Особенно методы , основанные на исследованиях натурального электрического поля пород, проводимости и проч..

Сам-то тов.Фролов занимается вопросами исследований возможности управлять термоядерными реакциями с помощью наведенного электрического поля , теоретизирует в области "черных дыр" и квантовых процессов в них..Ему уже за 70, но коллеги не помнят, чтобы он провел хотя бы одну серию опытов, чтобы подтвердить какую- либо из своих гипотез..

Для того, чтобы по его схеме пески (СУХИЕ) смогли бы стать "зыбучими", необходимы мощнейшие электрогенераторы для наведения должного электрического поля, чтобы обеспечить "подвижность" песков... ТО есть , гипотеза предлагает решение "от обратного"..Теоретически это возможно, но ни одного опыта для подтверждения проведено не было..После 80-х годов неизвестно ни одной его печатной работы

В природе же, именно процессы движения сыпучих материалов (любых) создают электрическое поле , причем иногда такой мощности, что выходят из строя приборы, антенны различных устройств..Известен случай электризации металлической сетки ограждения во время песчаной бури до уровня, способного убить человека при касании..

[Jo]

если количество влаги (за счет подземных СЛАБОнапорных вод) довести примерно до такого же соотношения, как упомянуто выше, то песок становится «жидким»

А почему слабо? Ведь напор должен быть настолько сильным чтобы не просто протекать между песчинками, а именно расталкивать песчинки, не давая им наиболее плотно и устойчиво упаковываться?

[Виктор]

Здесь не надо ничего "расталкивать".

Подвижность песков наступает с постепенным проникновением определенного количества влаги для обволакивания пленочной водой каждой частицы песка , после чего значительно уменьшается трение между ними и начинается "скольжение" того же самого "плотно упакованного песка"..

Сильный напор дает микротурбулентность и провоцирует "переупаковку" уже сложившейся внутренней структуры массы песка..

[Jo]

А погруженный вводу песок вообще СПЛОШЬ ЗАПОЛНЕН водой - это снова увеличит трение между песчинками?
Важно, чтобы вода покрывала именно плёночно? А остальное воздух?

[Виктор]

А погруженный вводу песок вообще СПЛОШЬ ЗАПОЛНЕН водой - это снова увеличит трение между песчинками?
Важно, чтобы вода покрывала именно плёночно? А остальное воздух?

Вы забываете об одной "мелкой" детали. Если песок сплошь заполнен водой, то он становится не "зыбучим" , а "текучим". Коэффициент трения уменьшается настолько , что песок "течет" под действием силы тяжести.., он ведь примерно в 2.5 раза тяжелее воды...

Такие процессы происходят при осадконакоплении обломочных пород в бассейнах..

[Виктор]

Важно, чтобы вода покрывала именно плёночно? А остальное воздух?

Важно не только это , но и чтобы песок был равномернозернистым.. То есть частицы песка должны быть не только одинаковой окатанности, но и размера..В этих условиях сохраняется та самая "зыбучесть" , которая обеспечивается пленочной влагой..(в прибрежных условиях) или наличием статического электричества в сухих пустынных районах..

[Jo]

Вы забываете об одной "мелкой" детали. Если песок сплошь заполнен водой, то он становится не "зыбучим" , а "текучим". Коэффициент трения уменьшается настолько , что песок "течет" под действием силы тяжести.., он ведь примерно в 2.5 раза тяжелее воды...
Такие процессы происходят при осадконакоплении обломочных пород в бассейнах..

Но почему-же тогда песчаные склоны под водой не осыпаются, даже если весьма круты - градусов 20?
По крайней мере не "на глазах" - особо не заметно изменения крутизны дна в некоторых водоёмах, где часто купаешься