Værd at Vide: Sådan dannes saltpolygonerne i dødens dal

Saltørkener er nogle af de smukkeste landskaber, mener Jana Lasser fra Technische Universität Graz i Østrig. Overalt hvor de findes - Chile, Kina, Tunesien, Iran og Death Valley i Californien - finder man her polygoner af en størrelse på et par meter. Ingen har hidtil været i stand til at forklare helt præcist, hvordan disse opstår. Jana Lasser har siden sit ph.d.projekt ved Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation i Göttingen i Tyskland søgt at finde forklaringen. I en ny artikel i Physical Review X kaster hun sammen en række kolleger i Tyskland og England nyt lys over dette interessante problem.

Kort fortalt dannes saltpolygoner i områder, hvor fordampningen af vand fra overfladen - typisk omkring en halv millimeter om dagen - er meget større end nedbøren. Det sker ved, at vand flyder i undergrunden fra fjerne kilder hen til saltområderne. I Badwater Basin i Death Valley, som er vist på illustrationen i toppen af denne artikel, kommer vandet således fra nærliggende bjerge. I saltørkenen stiger vandet op til overfladen, hvor det fordamper og efterlader et saltlag. Det er en forholdsvis indlysende og bredt accepteret forklaring på fænomenet. Men hvorfor saltet ikke aflejres jævnt, men i et mønster, som tilmed er ens over hele verden uanset forskelle i geologi (saltskorpen kan eksempelvis variere i tykkelse fra centimer til flere meter), saltkemi og miljøet mere generelt har været svært at forstå og forklare.

Rent mekaniske forklaringer, der bl.a. baserer sig på stress fremkaldt af temperatursvingninger, der får skorpen til at bøje og krakelere, har været fremsat siden 1960’erne. En sådan model kan godt forklare det kvalitative mønster, men ikke de længdeskalaer, man ser. Jana Lasser og hendes kolleger fokuserer i stedet på konvektionsstrømme under overfladen.

Saltsøerne er karakteriseret ved, at det tunge saltholdige lag ligger oven på et lag med lavere massefylde. Hvis fordampningen er høj nok, vil der opstå en række strømme, hvor tungere saltholdigt vand synker ned visse steder, og mindre saltholdigt vand med oprindelse fra de fjerne kilder stiger op andre steder.

Fluide strømninger gennem et porøst lag blev første gang seriøst studeret af den franske ingeniør Henry Darcy i midten af 1800-tallet, da han undersøgte filtersand til rensning af vandet i springvandet i Dijon. Darcys lov siger kort fortalt, at strømningshastigheden af væsken er proportional med trykgradienten, der betinger strømningen. Den er en slags analogi til Ohms lov for elektriske kredsløb.

Ligningerne, man kan opstille for væskestrømninger i porøse lag, er styret af et dimensionløst tal, Rayleigh-tallet, der helt generelt beskriver, hvornår konvektion opstår i hydrodynamiske systemer. Dette tal er bestemt af materialeparametre i undergrunden og fordampningsraten. Det helt afgørende i den nye artikel er, at forskergruppen viser, at alle steder, hvor saltpolygonerne findes, er Rayleigh-tallet over den kritiske værdi for, at konvektion i det hele taget opstår, samt at størrelsen på konvektionscellerne (hvis fingeraftryk på overfladen er polygonerne) ikke afhænger ret meget af det præcise værdi for Rayleigh-tallet og derfor stort set er ens alle steder.

Matematikeren Duncan Hewitt fra University College London, som har skrevet en større oversigtsartikel om konvektion i porøse medier og derfor har indgående til dette problem, siger til internettidsskriftet Physics, at der er tale om et smukt resultat - lige så smukt som landskabet, kan man måske ligefrem mene - der viser, overfladepolygonerne er en signatur for konvektionsmekanismen.