Fysikere har opdaget, at sandgranulerer opfører sig som væsker af forskellige tætheder, når de blandes - de bobler og flyder.

Bevægelse i strømning af bulkmaterialer såsom sand og katalysatorpartikler, der anvendes i kemiske applikationer

reaktorer, ligger til grund for en bred vifte afnaturfænomener - fra jordskred til vulkanudbrud. Den samme mekanisme bruges i industrielle processer lige fra farmaceutisk produktion til kulstoffangst. Bevægelsen og blandingen af ​​faste stoffer udviser ofte slående ligheder med væsker, som det sker i bevægelige klitter, laviner og kviksand. Samtidig er fysikken bag sådanne granulære strømme ikke så klar som væskestrømme.

En nylig opdagelse af Chris Boyce, lektor i kemi.i Engineering ved Columbia University, forklarer arten af ​​en ny familie af gravitationel ustabilitet i granulære partikler med varierende tæthed, der drives af gas. Lignende processer forekommer ikke i væsker. I samarbejde med gruppen af ​​energi- og ingeniørprofessor Christoph Müller ved ETH Zürich opdagede Beuys' team en uventet Rayleigh-Taylor-lignende ustabilitet, hvor lettere korn stiger op gennem tungere korn i form af "fingre" og "kornbobler". Rayleigh-Taylors ustabilitet skyldes vekselvirkningen mellem to væsker med forskellig tæthed, som ikke blandes - for eksempel olie og vand, fordi den lettere væske afviser den tungere. Dette er aldrig set før mellem to tørre granulære materialer.

Boyces undersøgelse viste for første gang, at "boblen"fra let sand kan stige gennem tungt sand, forudsat at begge typer sand er udsat for lodrette vibrationer og opadgående gasstrøm. Forskere har opdaget, at ligesom luft- og oliebobler stiger op i vand, fordi de er lettere end vand og ikke ønsker at blande sig med det, passerer bobler fra let sand gennem tungt sand, selvom de to typer sand er grundigt forsøgt at blande.

"Vi tror på, at vores opdagelse vil ændre sigvidenskab,” bemærker Boyce. "Vi har fundet en "granulær" analog af flydende mekaniske ustabiliteter. "Vores resultater kan ikke kun forklare de geologiske formationer og processer, der ligger til grund for dannelsen af ​​mineralforekomster, men kan også bruges i pulverbehandlingsteknologi i energi-, bygge- og medicinalindustrien."

Forskerne fandt også ud af, at gassenstrømmen, der virker på sandet, skaber også andre gravitationelle ustabiliteter, herunder kaskadende forgrening af den nedadgående granulære dråbe. De viste også, at Rayleigh-Taylor-ustabiliteten som en ustabilitet forekommer over en bred vifte af gasstrømningshastigheder og vibrationsforhold, der danner forskellige strukturer under forskellige excitationsforhold.

"Disse ustabiliteter, der kan anvendestil forskellige systemer, belyser dynamikken i det granulære miljø og giver nye muligheder for dannelse af et mønster inden for granulære blandinger til dannelse af nye produkter i medicinalindustrien, "tilføjer Beuys. "Vi er især begejstrede for de potentielle virkninger af vores resultater på geologiske videnskaber - disse ustabiliteter hjælper os med at forstå, hvordan verdensplanens struktur har dannet sig over Jordens lange historie og forudsige, hvordan andre vil danne sig i fremtiden."