Эскизы устройства мира. 6.
1. Еще одна двусторонняя медаль "неустойчивость - волна" (неустойчивость - здесь, волна - в следующем псто).
2. Что роднит кровавую Мэри, завораживающий ночной светильник и соляные купола в недрах Земли?
2.3. Неустойчивость Рэлея-Тэйлора и образуемые ею структуры.
Звуковые волны обусловлены упругостью среды на деформацию сжатие-разрежение. И распространяются они в том же направлении, в каком происходит такая деформация. Поэтому их принято называть продольными волнами. Простая их механическая аналогия – волна сжатия-растяжения в длинной металлической пружинке.
Но еще с детства мы знали другой тип волн – поперечных (иначе – сдвиговых). Возбуждаемых, например, нашей рукой в лежащей на земле длинной веревке быстрыми движениями руки вверх-вниз. Поперечные волны могут возбуждаться и в сплошной среде. И точно так же, как и в случае звуковых волн, поперечные волны являются лишь одной стороной медали. Другой же оказывается упомянутая в заголовке неустойчивость. Рассмотрим сначала примеры развития этой неустойчивости и лишь затем – упомянутые выше волны.
В начале 1990-х в маленьких магазинчиках Волгограда появился в продаже оригинальный сувенир-ночник. В стеклянном тубусе, заключенном сверху и снизу в жестяные стаканчики, была налита какая-то жидкость. При включении в сеть в нижнем стаканчике включалась подсветка, а в стеклянном тубусе всплывали и тонули разноцветные пузыри. Что завораживало и усыпляло.
При разборке ночника выяснилось, что стеклянный тубус – большая бутылка из под вина, а в нижнем стаканчике обычная нагревательная спираль из старой электроплитки. Она нагревала жидкость и подсвечивала снизу движения в ней. А осмысление движения цветных пузырей вверх-вниз приводит к выводу, что в бутылку были налиты две не смешивающиеся жидкости с практически одинаковой плотностью, но с резко различающимися коэффициентами температурного расширения (КТР) и большим коэффициентом поверхностного натяжения на границе раздела между этими жидкостями (эффект образования круглых пузырей).
При нагревании снизу в жидкости, обладающей большим КТР, плотность заметно снижалась и в поле тяготения Земли она всплывала. А после охлаждения вверху бутылки ее плотность не менее заметно увеличивалась и она тонула. Несомненно, изобретатели этого ночника знали физику этого процесса, называемого неустойчивостью Рэлея-Тэйлора.
Подобная неустойчивость проявляется, пусть и в чрезвычайно замедленном темпе, в недрах нашей Волгоградской области. Особенно на левобережье Волги. Как известно, многие десятки миллионов лет назад на территории нашей области было море. По мере его высыхания растворенные в нем соли образовали достаточно мощные отложения. Называемые ныне бишофитом. А поверх них впоследствии сформировались отложения песка и глины. Плотность спрессованных песка и глины больше плотности бишофита. И обе эти субстанции слабо текучи. Поэтому отложения бишофита могут медленно всплывать в толщу песков и глин. Выглядит это так (на рисунке слева направо один и тот же "соляной купол", эволюционирующий с течением времени):
Рис. 1.2. Соляные купола в левобережье Волги.
Всплывающие в толщу песков и глин "капли" бишофита называют соляными куполами. Всплывают они чрезвычайно медленно – не больше чем на несколько миллиметров в год. Но доходя до поверхности Земли деформируют ее. И если на ней находятся какие-нибудь постройки, то эти постройки начинают разрушаться. Поэтому геологи, постоянно испытывающие недостаток государственного финансирования, указывают на эти разрушения как на результаты землетрясений. И, соответственно, пугают и власти и народ такой опасностью. Но мы же теперь понимаем суть вещей…