كيف تبقى القلاع الرملية معًا؟
على الرغم من طبيعة الرمال المتفتتة ، فإن أطول قلعة رملية في العالم حتى الآن – تم بناؤها في بلوخوس ، الدنمارك ، في عام 2021 – بلغ ارتفاعها 69 قدمًا و 5 بوصات (21.16 مترًا) ، وفقًا لموسوعة غينيس للأرقام القياسية.
لكن كيف تبقى القلاع الرملية معًا؟ يتطلب المزيج الصحيح من الرمل والماء والهواء.
يتكون الرمل من جزيئات معادن يتراوح قطرها من 0.003 إلى 0.187 بوصة (0.075 إلى 4.75 ملم) ، بحسب جوزيف سكاليا، مهندس جيوتقني في جامعة ولاية كولورادو. تُعرف الجسيمات الأصغر من ذلك بالطين أو الطمي ، بينما تُصنف الجسيمات الأكبر حجمًا على أنها حصى.
على الرغم من أن الرمال تعطي هيكلها الرمل ، إلا أن الماء يربطها ببعضها البعض.
“إذا أضفت القليل من الماء إلى الرمل الجاف ، فإن الماء يلتصق بسطح الحبيبات ، ويشكل جسورًا صغيرة من الماء حيث تتلامس الحبيبات ،” جيم بست، عالمة الرواسب في جامعة إلينوي ، أوربانا شامبين ، لموقع Live Science.
متعلق ب: لماذا يصعب السير على الرمال؟
تخضع قوة هذه الجسور للتوتر السطحي للماء – وهي نفس الخاصية التي تجبر قطرات الماء على الالتصاق بأكبر شكل ممكن. يمكن أن تلتصق الجزيئات الموجودة في السوائل ببعضها البعض بإحكام أكثر مما تفعل مع الأشياء الأخرى ، مما يجعل أسطح هذه السوائل تعمل مثل الأغشية المرنة التي يمكن أن تكون قوية بشكل مدهش.
عندما يكون هناك مساحة كافية بين الحبيبات للهواء ، يمكن أن تتشكل جسور الماء في هذه المسام المليئة بالهواء لتثبيت الرمال معًا بالشفط. قال بست: “يتم سحب حبيبات الرمل بشكل أساسي من خلال تأثير التوتر السطحي”.
إذا كان هناك القليل من الماء ، فإن القلعة الرملية سوف تنهار ، لأنها تفتقر إلى الجسور الكافية لتماسك الحبيبات معًا. ومع ذلك ، مع وجود الكثير من الماء ، ستختفي المسام – وبالتالي الجسور – وستصبح الرمال ملاطًا ، كما قال بست.
للقلعة الرملية المثالية وصفة محددة: جزء من الماء لكل ثمانية أجزاء من الرمل الجاف ، وفقًا للتجارب ماثيو بينيتعالم الرواسب في جامعة بورنماوث في إنجلترا وزملاؤه قدموا أداؤهم في عام 2004. على الشاطئ ، عادة ما تكون الرمال التي تحتوي على كمية مناسبة من الرطوبة بالقرب من خط المد العالي ، وغالبًا ما يتم تمييزها بخط من الأعشاب البحرية والطحالب ، عندما يكون المد منخفضًا والرمل لا يزال رطبًا بشكل واضح ، كما أشار بينيت في المحادثة.
هناك طريقة أخرى لمساعدة القلاع الرملية على البقاء وهي استخدام الحبيبات ذات الزوايا الحادة. قال بست: “تخيل لو كانت حبيبات الرمل كروية تمامًا – كرات صغيرة بحجم الرمل”. “لن يكونوا قادرين على ترتيب أنفسهم بالقرب من بعضهم البعض وسيكونون أقل استقرارًا من الحبوب ذات الزوايا الأكبر.”
التوافق الوثيق بين حبيبات الرمل الزاوي يزيد من تأثير التوتر السطحي للماء. بالإضافة إلى ذلك ، تتشابك الحبيبات ذات الزوايا بشكل أكبر ، وتساعد المقاومة الناتجة عن الاحتكاك على منع القلاع الرملية من الانهيار ، كما قال بست.
كتب سكاليا في The Conversation أن هذا يعني أن أفضل رمال للقلاع الرملية لا توجد عادة على الشواطئ الساحلية. يمكن العثور على حبيبات ذات زوايا أكثر في رمال الأنهار التي جرفتها المياه من الجبال ، حيث لم تتآكل أركانها بعد بفعل الرياح والمياه.
بالإضافة إلى ذلك ، “سيضيف بناة القلاع الرملية المحترفون جزءًا صغيرًا من الطين إلى الرمال ، لذا ستستمر القلاع الرملية لفترة طويلة” ، شيونغ تشانغ، وهو مهندس جيوتقني في جامعة ميسوري للعلوم والتكنولوجيا ، لموقع Live Science.
مع جزيئات الطين التي تكون أصغر من حبيبات الرمل ، يمكن أن تتناسب الجزيئات الأصغر داخل المسام بين الحبيبات الكبيرة. وأوضح سكاليا أن هذا يؤدي إلى المزيد من الجسور المائية لبناء أكثر ثباتًا.
وأضاف سكاليا أن هذا هو السبب أيضًا في أن ضغط الرمال الرطبة معًا يجعل القلاع الرملية أكثر ثباتًا. وأشار إلى أن الضغط يساعد أيضًا على تشابك الحبيبات الزاوية لزيادة قوة الرمال ككل.
في النهاية ، ستجف القلاع الرملية ، لكن الملح من مياه البحر يمكن أن يساعد في إبقائها واقفة ، كما قال بست. عندما تتبخر مياه البحر ، يمكن أن يشكل الملح بلورات يمكنها تثبيت الهياكل. ومع ذلك ، ستكون هشة. وقال بيست “إن هذه الرمال ستتصدع بسهولة”.
