Fúkané vetrom
O Erwinovi Rommelovi je veľa hrdinských príbehov. Vojenskí romantici tvrdia, že za to mohla iba skutočnosť, že poľný maršál afrického zboru prehral boj proti generálovi Montgomerymu kvôli skutočnosti, že Briti v drvivej väčšine v severnej Afrike. Popravde, porážku „púštnej líšky“ v El Alamain možno pripísať mužovi menom Ralph Bagnold. Britský granátnik bol posadnutý púšťou - v 20. rokoch 20. storočia cestoval prestavanými vozidlami cez Líbyu a Egypt. Bagnold poznal more piesku ako svoju dlaň. Zatiaľ čo nemecké jednotky mohli so svojimi tankami podniknúť iba určité bezpečné cesty, britské špeciálne príkazy pod Bagnoldovým vedením prešli cez najhustejšie dunové polia. Možno by mal Rommel šancu, keby si prečítal Bagnoldovu klasickú knihu z roku 1941 o fyzike fúkania piesku a pohybujúcich sa dún.
O 60 rokov neskôr si britský priekopník dún našiel dôstojného nástupcu: Hans Jürgen Herrmann, profesor Inštitútu pre počítačové aplikácie na univerzite v Stuttgarte. Dobrodružstvo je napísané na Herrmannovej tvári: slnkom opálená pokožka, vlasy strapaté vetrom a robustná trojdňová brada. Ale fyzik, ktorý sa narodil na Kube a vyrastal v Kolumbii a ktorý 17 rokov bádal a učil v Paríži, nebojuje proti cudzím mocnostiam, ale proti chaosu v jeho kancelárii. Nachádza sa tu nespočetné množstvo vzoriek piesku z celého sveta - a mnoho ďalších drobivých vecí, na ktorých 49-ročný mladík skúma fyziku zrnitých médií. Ak je to potrebné, môžu to urobiť aj mince: Herrmann ich upol medzi dve sklenené platne - a demonštroval tak, že medzi veľkými značkami skĺzavajú malé centy. Môžete si tiež zvoliť použitie centov a eur. Rovnaký efekt môže mať na svedomí aj fakt, že v čokoládových müsli najskôr z obalu vytečie hustá jemná ryža, ktorá musí najskôr vytekať z balenia a na lahodné čokoládové lupienky si musíte tak dlho počkať.
Herrmannove experimenty sa zvyčajne neuskutočňujú v laboratóriu, ale v počítači. Pred štyrmi rokmi ako prvý na počítači simuloval, ako súvisia výška, prietok piesku a rýchlosť vetra v takzvaných kosákovitých dunách - jednom z asi stovky tvarov dún. Tri spojené diferenciálne rovnice s dvoma premennými v skutočnosti priniesli nielen pekné výsledky - ako napríklad jednoduchšie simulácie od iných kolegov - ale aj niektoré, ktoré boli v súlade s prírodou. To spôsobilo senzáciu v profesionálnom svete a nedávno prinieslo Herrmannovi cenu Maxa Plancka za výskum obdarenú 125 000 eur.
Pred dvoma rokmi, počas expedícií do Maroka a Brazílie, Herrmann kontroloval, či sa duny vo voľnej prírode správajú skutočne ako ich digitálne štvorhry. Jeho výskum potvrdil, že dĺžka, šírka a výška kosáčikovitých dún sa vždy proporcionálne menia. Herrmann tiež zaznamenal, ako sa rýchlosť vetra správa nad profilom duny a ako vlhkosť ovplyvňuje viskozitu piesku. V období dažďov môžu kosáčikovité duny zmeniť svoj tvar - vietor potom zafúka do vnútorného oblúka kosáka. Samotný Herrmann bol prekvapený, že jeho simulácie poskytujú oveľa presnejšie výsledky ako najlepšie meracie prístroje. Je to tak kvôli skutočnosti, že merania v dunách - napríklad rýchlosť vetra a preprava materiálu - sa dajú robiť iba so širokou sieťou, pretože duny sú veľké a meracie prístroje drahé, čo obmedzuje ich počet. Merania sú teda iba selektívne a vedci medzi nimi interpolujú. Vďaka tomu sú údaje nepresné. V počítačovej simulácii je však možné vypočítať parametre pre každý bod kedykoľvek. Dalo by sa tiež povedať: „Výpočtová sieť“ je užšie prepojená, a teda svojou povahou presnejšia ako „meracia sieť“.
Stuttgartský profesor skúmal naživo ďalší fenomén. Ralph Bagnold už na svojich púštnych túrach pozoroval, že od určitej rýchlosti vetra - okolo 18 kilometrov za hodinu, ako vieme len dnes - sa nad dunou týči duna
vznikne pieskový závoj vysoký asi päť centimetrov. Pri tomto takzvanom solení sú zrnká piesku vysávané vzdušnými vírmi a urýchľované vetrom. Po určitej vzdialenosti opäť padajú a vyrážajú nové zrná.
Herrmann vo svojich algoritmoch necháva lietať miliardy zrniek piesku súčasne: Čo v prírode trvá niekoľko rokov, beží na výkonných počítačoch za pár hodín. Videoklip potom proces zosumarizuje znova na niekoľko sekúnd. Pieskovú kaskádu je možné skúmať aj vo veternom tuneli, hovorí Herrmann, ale prevádzkovatelia takýchto systémov - napríklad kolegovia zo susedného Ústavu pre statiku a dynamiku leteckých konštrukcií - nie sú nadšení, keď sa piesok dostane do ozubenia ich drahých tunelov. Herrmann chce pokračovať - aj bez nákladných experimentov: „Kvantovej fyzike sa rozumie, prírode nie.“
Napríklad dlho nebolo jasné, či je duna soliton v matematickom zmysle. Ak by to tak bolo, museli by dve duny preniknúť jeden cez druhého bez vzájomnej interakcie - ako vlny, keď hodíte dva kamene do vody. Pozorovania vedcov o dunách spočiatku hovorili v prospech teórie soliton: Keď sa malá, rýchla duna zozadu stretne s veľkou a pomalou dunou, malá duna vpredu opustí po chvíli balík piesku - akoby predbehla svojho veľkého brata.
Ak Herrmann nechá svoje simulácie bežať ako film, aj laik okamžite uvidí, že toto pozorovanie klame. Je to skôr akýsi druh kanibalizmu dún: malá duna hlodá vzadu za veľkou, až kým nie je taká veľká ako sama. Stratí pri tom rýchlosť. Predná duna sa po svojej „diéte“ ponáhľa ako malá duna, niekedy na konci kosáka vzniknú malé detské duny. „Počítačové výpočty sú dôležité, pretože sú často v rozpore s intuíciou,“ inzeruje Herrmann. Španielski inžinieri, ktorí pred 40 rokmi postavili 20 kilometrov dlhý dopravný pás na prepravu fosfátov zo Západnej Sahary na marocké pobrežie, cez pole s tisíckami kosákovitých dún, vám tiež môžu povedať niečo o tom. Pretože chceli byť šikovní, položili dopravný pás na 15 metrov vysoké chodidlá, aby sa pod ne mohli potápať až 10 metrov vysoké duny. Ale veci sa ukázali inak: duny sa zachytili o chodúle a hromadili sa tak vysoko, že zariadenie bolo za pár rokov úplne zaplavené pieskom.
Vedci z parížskeho Inštitútu pre fyzickú štatistiku objavili pomocou laboratórnych testov úplne iný fenomén, pieseň dún. Prieskumník Marco Polo sa týmito tónmi rozčúlil. Po celom svete existuje asi 20 takýchto duniacich dún. Jeho zvuk je veľmi nízky pri 100 Hertzoch a 100 decibeloch takmer tak hlasný ako zbíjačka. Tóny sú niekedy drsné ako hluk motora, niekedy takmer čisté. Stephane Douady
preskúmané duny na juhu Maroka, ktoré „spievajú“ takmer nepretržite. Zistil, že hlina vzniká, keď piesok odlomí hrebeň duny a skĺzne zo zadnej strany. Klzná vrstva má hrúbku desať centimetrov a pozostáva z približne 500 vrstiev, v ktorých sa o seba trú zrnká piesku. Pretože vrstvy po sebe synchrónne kĺžu, vznikajú úžasne zvučné tóny. "Naše porozumenie ešte nie je dostatočné na simuláciu procesu na počítači," hovorí Douady.
Obyvatelia Nouakchottu, hlavného mesta Mauretánie, nemajú nič spoločné s piesňou dún. Trvalo sú na úteku pred pieskovými valcami, ktoré sa ročne pohybujú až 30 metrov. Na jednej strane sú domy pochované pod masou piesku, na druhej strane obyvatelia stavajú nové. Priečky a umelo vytvorená vegetácia by teraz mali pomôcť zlomiť silu dún. Ľudia na Sahare nie sú sami vo svojej biede: v Európe sú dokonca aj duny, napríklad na nemeckom pobreží Severného mora. Ale tieto pieskové valce sú pripevnené tak, aby neohrozovali domy a dopravné cesty.
To, čo je požehnaním pre miestnych obyvateľov, má veľké nevýhody pre prírodu. Haim Tsoar z univerzity Ben Gurion v izraelskej Beersheve zistil, že v dláždených dunách je menšia biodiverzita. Odborník na duny tiež zistil, že pohybujúce sa duny fungujú ako obrie metly a čisté pláže od špiny. Z tohto dôvodu ľudia na celom svete diskutujú o tom, ako opäť vydláždiť duny z vodítka.
Ako prvá reagovala Brazília. Na severe krajiny bolo obrovské dunové pole Lençoes Marahenses vyhlásené za prírodnú rezerváciu - s turistami, ktorí chcú vidieť prírodné divadlo, si dobre zarobíte. Ak budete mať šťastie, stretnete tam aj Hansa Herrmanna, ktorý plánuje v najbližších rokoch častejšie cestovať do Brazílie. Herrmann sa nemotá s prize money - chce ich použiť na meranie ďalších dún s kolegami z univerzity v Porto Alegre. V septembri sa pozornosť zameriava na vplyv vegetácie na migráciu dún. Herrmann vložil do svojho výpočtového modelu rovnicu, ktorá zohľadňuje tento vplyv.
Ďalšia Herrmannova cesta má okolo 60 miliónov kilometrov - ale iba virtuálne na počítači. Cieľom je susedná planéta Mars. Herrmann sa chce pokúsiť odvodiť zloženie piesku z tvaru tam dún. Všetko, čo jeho rovnice potrebujú ako vstup, už skúmali vesmírne sondy, napríklad hustota atmosféry alebo rýchlosť vetra, ktorá na červenej planéte dosahuje viac ako 200 kilometrov za hodinu. Ralph Bagnold si tentoraz nestojí v ceste a tento nápad nemal ani žiadny iný výskumník. Herrmann: „Vždy je výzvou byť prvým.“
Stuttgartský profesor po prvýkrát na počítači simuloval migráciu dún.
Všetky pokusy o obmedzenie migrácie piesku na Sahare boli zatiaľ neúspešné.
Simulácie by tiež mohli poskytnúť informácie o piesku na susednej planéte Mars.