Fúj a szél
Erwin Rommelről sok hőstörténet szól. Katonai romantikusok szerint az Afrika Hadtest tábornoka tábornoka elvesztette a Montgomery tábornok elleni csatát, csak azért hibáztatva, hogy a britek elsöprő erejűek Észak-Afrikában. Valójában a "sivatagi róka" veresége El Alamainnál egy Ralph Bagnold nevű férfinak tulajdonítható. A brit gránátos megszállottja volt a sivatagnak - az 1920-as években már átalakított járművekkel utazott Líbián és Egyiptomon. Bagnold ismerte a homok tengerét, mint a tenyerét. Míg a német csapatok csak bizonyos biztonságos útvonalakat tudtak tankjaikkal haladni, addig Bagnold vezetésével a brit különparancsnokságok átkeltek a legsűrűbb dűnés mezőkön. Talán Rommelnek lett volna esélye, ha elolvasta Bagnold 1941-ben megjelent klasszikus könyvét a homokfújás és a dűnék mozgásának fizikájáról.
60 évvel később a brit dune úttörő méltó utódra talált: Hans Jürgen Herrmannra, a Stuttgarti Egyetem Számítógépes Alkalmazások Intézetének professzorára. Herrmann arcára van írva a kaland: napbarnított bőr, a szél által elkápráztatott haj és robusztus háromnapos szakáll. De a Kubában született és Kolumbiában nevelkedett fizikus, aki 17 évig kutatott és tanított Párizsban, nem idegen hatalmak ellen küzd, hanem irodájában a káosz ellen. Számtalan homokminta található itt a világ minden tájáról - és sok más morzsás dolog, amelyen a 49 éves férfi szemcsés közeg fizikáját vizsgálja. Szükség esetén az érmék is megtehetik: Herrmann két üveglemez közé szorította őket - és ez azt mutatja, hogy apró fillérek csúsznak le a nagy márkajelek között. Választhat centek és eurók használatát is. Ugyanez a hatás a hibás azért, hogy a csokoládémüzliben a sűrű, nyájas rizspattanások mindig előbb csurognak ki a csomagolásból, és olyan sokáig kell várni a finom csokoládé chipsre.
A Herrmann-kísérletek általában nem a laboratóriumban, hanem a számítógépen zajlanak. Négy évvel ezelőtt ő volt az első, aki a számítógépen szimulálta, hogy a magasság, a homokáramlás és a szélsebesség hogyan függ össze az úgynevezett sarlódűnékben - a mintegy száz dűneforma egyikében. Valójában a három, két változóval összekapcsolt differenciálegyenlet nemcsak szép eredményeket hozott - például más kollégák egyszerűbb szimulációi korábban -, hanem olyanokat is, amelyek összhangban voltak a természettel. Ez szenzációt váltott ki a szakmai világban, és nemrég elhozta Herrmann számára a Max Planck kutatási díjat, amelyet 125 000 euróval ruháztak fel.
Két évvel ezelőtt, a marokkói és brazil expedíciók során Herrmann ellenőrizte, hogy a vad dűnék valóban úgy viselkednek-e, mint a digitális kettősök. Kutatása megerősítette, hogy a sarlódűnék hossza, szélessége és magassága mindig arányosan változik. Herrmann azt is rögzítette, hogy a szél sebessége hogyan viselkedik a dűne profil felett, és hogyan befolyásolja a nedvesség a homok viszkozitását. Az esős évszakban a sarlódűnék megfordíthatják alakjukat - a szél ekkor a sarló belső ívébe fúj. Maga Herrmann is csodálkozott, hogy szimulációi sokkal pontosabb eredményeket szolgáltattak, mint a legjobb mérőeszközök. Ez annak köszönhető, hogy a dűnékben - például a szélsebesség és az anyagszállítás - méréseket csak széles hálóval lehet elvégezni, mert a dűnék nagyok és a mérőeszközök drágák, ami korlátozza számukat. Tehát a mérések csak szelektívek, és a kutatók interpolálnak közöttük. Ez az adatokat pontatlanná teszi. A számítógépes szimulációban viszont az egyes pontok paraméterei bármikor kiszámíthatók. Mondhatnánk úgy is: A „számítási hálózat” szorosabban összekötött, ezért pontosabb, mint a „mérőhálózat”.
A stuttgarti professzor élőben vizsgálta meg egy másik jelenséget. Ralph Bagnold sivatagi túráin már megfigyelte, hogy egy bizonyos szélsebességtől - mintegy 18 kilométer per óra - amint csak ma tudjuk - egy dűne jelenik meg
körülbelül öt centiméter magas homokfátyol keletkezik. Ebben az úgynevezett sózásban a homokszemeket a légörvények kiszívják és a szél felgyorsítja. Bizonyos távolság után újra leesnek és új szemeket csapnak ki.
Algoritmusaiban Herrmann egyszerre engedi milliárdnyi homokszem repülését a levegőben: Ami a természetben több évet igényel, néhány óra alatt fut a nagy teljesítményű számítógépeken. Ezután egy videoklip néhány másodpercre összefoglalja a folyamatot. A homok kaszkádja egy szélcsatornában is megvizsgálható - mondja Herrmann -, de az ilyen rendszerek üzemeltetői - például a szomszédos Űrstatisztikai és -dinamikai Intézet munkatársai - nem lelkesednek, ha drága alagútjaik fogaskerekeibe homok kerül. Herrmann folytatni akarja - még drága kísérletek nélkül is: "A kvantumfizikát értik, a természetet nem."
Például sokáig nem volt világos, hogy a dűne matematikai értelemben vett soliton. Ha ez lenne a helyzet, két dűnének kölcsönhatás nélkül be kellene hatolnia egymásba - mint a hullámok, amikor két követ dob a vízbe. A dűnék kutatóinak észrevételei kezdetben a szoliton elmélet mellett szóltak: Amikor egy kicsi, gyors dűne hátulról egy nagy, lassú dűnével találkozik, egy elöl lévő kis dűne egy idő után elhagyja a homokcsomagot - mintha megelőzte volna nagytestvérét.
Ha Herrmann hagyja, hogy szimulációi filmként futjanak, még a laikus is azonnal látja, hogy ez a megfigyelés megtévesztő. Inkább egyfajta dunai kannibalizmusról van szó: a kis dűne a nagy hátulját rágja, amíg olyan nagy, mint maga. Ennek során elveszíti a sebességét. Az elülső dűne "diéta" után kis dűneként siet el, néha a sarló végén kis babadűnék keletkeznek. "A számítógépes számítások azért fontosak, mert gyakran ellentmondanak az intuíciónak" - hirdeti Herrmann. A spanyol mérnökök, akik 40 évvel ezelőtt egy 20 kilométer hosszú szállítószalagot építettek a foszfát szállítására Nyugat-Szaharától Marokkó partjáig, egy több ezer sarlódűnével rendelkező mező közepén, dalt énekelhetnek róla. Mivel okosak akartak lenni, a szállítószalagot 15 méter magas cölöpökre tették, hogy az akár 10 méter magas dűnék alámerülhessenek. De a dolgok másképp alakultak: a dűnék rácsatlakoztak a gólyalábakra és olyan magasra halmozódtak, hogy a létesítményt néhány éven belül teljesen elöntötte a homok.
A párizsi Fizikai Statisztikai Intézet tudósai egy egészen más jelenséget, a dűnék dalát fedezték fel laboratóriumi vizsgálatok segítségével. A felfedező Marco Polo őrjöngött ezekért a hangokért. Körülbelül 20 ilyen zúgó dűne van világszerte. Hangja nagyon alacsony, 100 Hz-es, és 100 decibellel majdnem olyan hangos, mint egy kalapácskalapács. Néha a hangok durvaak, mint a motor zajai, néha szinte tiszták. Stephane Douady
a Marokkó déli részén vizsgált dűnék, amelyek szinte folyamatosan "énekelnek". Megállapította, hogy az agyag akkor jön létre, amikor a homok letörik a dűne tetejéről, és lecsúszik a hátáról. A csúszó réteg tíz centiméter vastag és körülbelül 500 rétegből áll, amelyekben a homokszemek egymáshoz dörzsölődnek. Mivel a rétegek szinkronban csúsznak egymáson, elképesztően hangzatos hangok jönnek létre. "Megértésünk még nem elégséges a folyamat számítógépes szimulálására" - mondja Douady.
Mauritánia fővárosának, Nouakchottnak nincs semmi köze a dűnék dalához. Állandóan menekülnek a homokgörgők elől, amelyek évente akár 30 métert is elmozdulhatnak. Egyrészt a házakat homoktömegek alatt temetik el, másrészt a lakók újakat építenek. A válaszfalaknak és a mesterségesen létrehozott növényzetnek most segítenie kell a dűnék erejének megtörését. A szaharai emberek nincsenek egyedül a nyomorúságukban: Európában még dűnék is vannak, például az Északi-tenger német partvidékén. De ezek a homokgörgők úgy vannak rögzítve, hogy nem veszélyeztetik a házakat és a forgalmi útvonalakat.
Ami áldást jelent a helyi lakosokra, annak hátrányai vannak a természettel szemben. Haim Tsoar például az izraeli Beersheva Ben Gurion Egyetemről fedezte fel, hogy a burkolt dűnékben kevesebb a biodiverzitás. A dűneszakértő azt is megállapította, hogy a mozgó dűnék óriás seprűként és tiszta szennyeződéseként viselkednek. Emiatt az emberek a világ minden tájáról megbeszélik, hogy ismét kikövezett dűnék kerüljenek le a pórázról.
Brazília válaszolt elsőként. Az ország északi részén a hatalmas Lençoes Marahenses dűlőterületet természetvédelmi területté nyilvánították - jó pénzt keres a turistákkal, akik meg akarják nézni a természeti látványt. Ha szerencséd van, ott találkozol Hans Herrmann-nal is, aki azt tervezi, hogy a következő néhány évben gyakrabban utazik Brazíliába. Herrmann nem vacakol a pénzdíjjal - azt szeretné használni, hogy további dűnéket mérjen a Porto Alegrei Egyetem kollégáival. Szeptemberben a növényzetnek a dűnék vándorlására gyakorolt hatása áll a középpontban. Herrmann egy olyan egyenletet illesztett be számítási modelljébe, amely ezt a hatást figyelembe veszi.
Herrmann következő útja mintegy 60 millió kilométer - de csak gyakorlatilag a számítógépen. A cél a szomszédos Mars bolygó. Herrmann az ottani dűnék alakjából akarja megpróbálni levezetni a homok összetételét. Mindent, amire az egyenleteinek bemenetre van szüksége, már vizsgálták az űrszondák, például a légkör sűrűségét vagy a szél sebességét, amely óránként meghaladja a 200 kilométer/órát a vörös bolygón. Ralph Bagnold ezúttal nem áll útjába, és más kutatóknak sem merült fel az ötlet. Herrmann: "Mindig kihívást jelent az elsőnek lenni."
Egy stuttgarti professzor a számítógépen először szimulálta, hogyan vándorolnak a dűnék.
A homokvándorlás megfékezésére irányuló minden kísérlet a Szaharában eddig sikertelen volt.
A szimulációk a szomszédos Mars bolygó homokjáról is információt szolgáltathatnak.