看雨滴如何变成滚动的“沙球”

我们知道，雨滴落地时会像微型炸弹一样炸开，冲刷出小坑并使土壤和沙粒飞溅。而如今科学家发现了一种此前未知、侵蚀性更强的现象：在特定条件下，雨滴会弹起并沿斜坡滚动，沿途裹挟沙子（见视频）。这些裹沙的“沙球”将泥沙向下坡运输的量是不滚动雨滴的100倍，这一发现有助于构建更真实的土壤侵蚀和土地变化计算机模型。
这项研究源于科学家在瑞士阿尔卑斯山徒步时的偶然观察：雨中，小沙球正沿着陡峭的土壤斜坡滚动。他们对此很感兴趣，用手机拍下了这些沙球。之后，宾夕法尼亚大学的研究团队在实验室中重现了这一现象——让水滴落在一米长、倾斜30°的细沙试验床上。通过高速摄像机，他们观察到两种沿斜坡滚动的水滴形状，并在《美国国家科学院院刊》中将其描述为“花生形”和“甜甜圈形”。
研究团队通过估算水滴沿斜坡滚动时受到的各种物理力，弄清了背后的原理。如果水滴撞击表面后变得不稳定，就可能变形为花生形，在弹跳下坡时一边旋转一边少量裹沙；如果水滴保持稳定，则会裹入大量沙粒，形成紧实的沙球。随着沙球不断加速，它会先变成甜甜圈形，最终碎裂。研究人员在论文中写道：“我们的研究揭示了单个雨滴作为泥沙载体和地球表面塑造者的力量。”
团队补充表示，除了为侵蚀计算机模型提供参考，该研究结果还有助于改进涉及液滴和细粉的先进制造工艺，比如制药或食品行业。