Fyzici zistili, že pieskové granule sa pri zmiešaní správajú ako kvapaliny rôznej hustoty - bublinky a plaváky.

Pohyb v prúde sypkých materiálov, ako je piesok a častice katalyzátora používané v chemických aplikáciách

reaktorov, je základom širokého spektraprírodné javy – od zosuvov pôdy až po sopečné erupcie. Rovnaký mechanizmus sa používa v priemyselných procesoch od farmaceutickej výroby až po zachytávanie uhlíka. Pohyb a miešanie pevných látok často vykazuje nápadnú podobnosť s kvapalinami, ako sa to deje pri pohybujúcich sa pieskových dunách, lavínach a pohyblivom piesku. Zároveň fyzika, ktorá je základom takýchto zrnitých tokov, nie je taká jasná ako toky tekutín.

Nedávny objav Chrisa Boycea, docenta chémie.v inžinierstve na Kolumbijskej univerzite vysvetľuje povahu novej rodiny gravitačných nestabilít v granulovaných časticiach rôznych hustôt, ktoré sú poháňané plynom. Podobné procesy sa nevyskytujú v kvapalinách. V spolupráci so skupinou profesora energetiky a inžinierstva Christopha Müllera na ETH Zurich Beuysov tím objavil neočakávanú nestabilitu podobnú Rayleigh-Taylorovi, kde ľahšie zrná stúpajú cez ťažšie zrná vo forme „prstov“ a „bublín zŕn“. Rayleigh-Taylorova nestabilita je výsledkom interakcie dvoch kvapalín rôznych hustôt, ktoré sa nezmiešajú – napríklad oleja a vody, pretože ľahšia kvapalina odpudzuje ťažšiu. Toto nebolo nikdy predtým pozorované medzi dvoma suchými granulovanými materiálmi.

Boyceova štúdia prvýkrát ukázala, že „bublina“z ľahkého piesku môže stúpať cez ťažký piesok za predpokladu, že obidva typy piesku sú vystavené vertikálnym vibráciám a prúdeniu plynu smerom nahor. Vedci zistili, že tak ako vzduchové a olejové bubliny stúpajú vo vode, pretože sú ľahšie ako voda a nechcú sa s ňou miešať, bublinky z ľahkého piesku prechádzajú cez ťažký piesok, aj keď sa tieto dva druhy piesku dôkladne pokúsia premiešať.

„Veríme, že náš objav sa zmeníveda,“ poznamenáva Boyce. „Našli sme „granulovaný“ analóg tekutých mechanických nestabilít. "Naše výsledky môžu nielen vysvetliť geologické formácie a procesy, ktoré sú základom tvorby nerastných ložísk, ale môžu byť tiež použité v technológii spracovania práškov v energetickom, stavebnom a farmaceutickom priemysle."

Vedci tiež zistili, že plynprúdenie pôsobiace na piesok vytvára aj ďalšie gravitačné nestability, vrátane kaskádového vetvenia zrnitej kvapky smerom nadol. Tiež ukázali, že nestabilita Rayleigh-Taylor ako nestabilita sa vyskytuje v širokom rozsahu prietokov plynu a vibračných podmienok, pričom za rôznych podmienok budenia vytvára rôzne štruktúry.

"Tieto nestability, ktoré možno použiť."k rôznym systémom, vrhnúť svetlo na dynamiku granulovaného prostredia a ponúknuť nové možnosti na vytvorenie vzoru v granulovaných zmesiach na tvorbu nových produktov vo farmaceutickom priemysle, “dodáva Beuys. „Sme mimoriadne nadšení potenciálnym dopadom našich zistení na geologické vedy - tieto nestability nám pomôžu pochopiť, ako sa štruktúra planéty vytvorila počas dlhej histórie Zeme a predpovedať, ako sa budú v budúcnosti tvoriť iní.“ \ T