رازهای استوار ماندن قلعه های شنی

در سال 2021 میلادی، بلند‌ترین قلعه شنی جهان (تا به امروز) با ارتفاع خیره‌کننده 69 فوت و 5 اینچ معادل 21.16 متر، در شهر بلوخوس کشور دانمارک ساخته شد و در کتاب رکورد‌های گینس به ثبت رسید. اما علی‌رغم ساختار شکننده ماسه، چگونه قلعه های شنی استوار باقی می‌مانند؟ پاسخ ساده به این سوال در یک جمله خلاصه می‌شود؛ قلعه‌های شنی برای حفظ استواری خود به ترکیب مناسبی از شن، آب و هوا نیاز دارند. برای آشنایی بیشتر با راز استوار ماندن قلعه‌های شنی با اِروتِک همراه باشید.

به گفته یک مهندس ژئوتکنیک دانشگاه ایالتی کلرادو آمریکا به نام جوزف اسکالیا، شن یا همان ماسه از املاح معدنی با قطر‌ی در بازه 0.075 تا 4.75 میلی‌متر تشکیل شده است. ذرات کوچک‌تر از ماسه، به عنوان “رس” یا “لای (سیلت)” و ذرات بزرگ‌تر از آن به عنوان “ریگ” شناخته و طبقه‌بندی می‌شوند.

اگر چه، شن به یک قلعه شنی ساختار می‌بخشد؛ اما در واقع، این آب است که این قلعه شنی را سر پا نگه می‌دارد! جیم بست، رسوب‌شناس دانشگاه ایلینویز اوربانا-شامپین، در مصاحبه خود با وب‌سایت لایو ساینس اذعان داشت که:

زمانی که آب به ماسه خشک اضافه می‌شود؛ آب به سطح دانه‌های شن می‌چسبد و پل های کوچکی از آب را در محل برخورد دانه‌ها با یک‌دیگر، ایجاد می‌کند.

استحکام این بستر‌های آبی به واسطه “کشش سطحی آب” کنترل می‌شود. کشش سطحی آب، همان ویژگی از آب است که مولکول‌های آب را وادار می‌سازد تا در فشرده‌ترین شکل ممکن در کنار هم قرار گیرند و قطرات آب را تشکیل دهند. به طور کلی، مولکول‌های مایعات قادرند تا در محکم‌ترین حالت، در کنار یک‌دیگر قرار گیرند و به همین سبب، سطوح مایعات مانند یک غشاء انعطاف‌پذیر، اما به شدت قوی، عمل می‌کنند.

در قلعه‌های شنی، زمانی که فضای کافی برای عبور و مرور هوا در میان شن‌ها وجود داشته باشد؛ این بستر‌های آبی در بین راه‌های هوایی قرار گرفته شده در میان ماسه‌ها نفوذ می‌کنند و با کشش قطرات خود، دانه‌های شن را در کنار یک‌دیگر، استوار نگه خواهند داشت.

جیم بست می‌گوید:

اساساً، دانه‌های شن، تحت تاثیر کشش سطحی آب به سمت یک‌دیگر کشیده می‌شوند. اگر میزان آب به کار رفته شده در قلعه‌های شنی، کم باشد؛ به علت عدم وجود بستر‌های آبی کافی، در جهت استوار نگه داشتن دانه‌های شن، قلعه‌های شنی از هم فرو می‌ریزند. با این حال، اگر میزان آب از حد مناسب تجاوز کند؛ منافذ شن از آب پر شده، بستر‌های آبی از بین می‌روند و در نهایت، شن قله شنی، به دوغاب تبدیل خواهد شد.

چگونه یک قلعه شنی بی‌نظیر بسازیم؟

بر اساس آزمایش‌های صورت گرفته توسط متیو بنت، رسوب‌شناس دانشگاه بورنموث انگلستان و همکارانش، در سال 2004؛ برای ساخت یک قلعه شنی مستحکم لازم است تا به ازاء هر هشت پیمانه از شن خشک، از یک پیمانه آب استفاده شود. بنت در طی گفتگو مطرح کرد که:

در ساحل، معمولاً ماسه‌های دارای رطوبت مناسب، در نزدیکی خط جزر و مد یافت می‌شوند. در این منطقه (که اغلب با خطی از جلبک‌های دریایی و زباله‌های رها شده در محیط، قابل شناسایی است) و در هنگامی که جزر و مد دریا کم است؛ می‌توان به بهترین ماسه‌های خیس مناسب ساخت قلعه‌های شنی، دست یافت.

یکی از روش‌های دیگر استحکام بخشی به ساختار قلعه شنی، استفاده از دانه‌های زاویه‌دار (دارای گوشه‌های نوک تیز) می‌باشد. بست می‌گوید:

تصور کنید که همه دانه‌های شن، مانند توپ‌های کروی از شن، فرمی کاملاً کروی داشته باشند. در این شرایط، این دانه‌ها نمی‌توانند تا به بیشترین حد ممکن به یک دیگر نزدیک شوند و به سبب افزایش فضای خالی میان دانه‌های شن، دانه‌های کروی شن نسبت به دانه‌های زاویه‌دار، از پایداری و استحکام کمتری بهره‌مند خواهند بود.

علاوه بر این، فضای خالی میان دانه‌های زاویه‌دار، تاثیر کشش سطحی آب را نیز افزایش می‌دهند. به گفته متیو بنت، در این شرایط، دانه‌های زاویه‌دار به یک‌دیگر نزدیک‌تر شده و مقاومت حاصل از اصطکاک این دانه‌ها با یک‌دیگر، از فروریختن قلعه‌های شنی جلوگیری می‌نماید.

در همین رابطه، جوزف اسکالیا معتقد است که:

بهترین شن برای ساخت قلعه‌های شنی، عموماً در سواحل دریا‌ها یافت نمی‌شود؛ چرا که زاویه‌دار بودن دانه، به میزان فرسایش گوشه‌ها و لبه‌های دانه توسط آب یا هوا بستگی دارد. از این رو، اغلب شن‌های زاویه‌دار، در دامنه رودخانه‌های جاری شده از کوه‌ها؛ یافت می‌شوند.

شیونگ ژانگ، مهندس ژئوتکنیک دانشگاه علم و فناوری میزوری، در گفتگو با لایو ساینس، اعلام کرد که،

عموماً، سازندگان حرفه‌ای قلعه‌های شنی، با ترکیب درصد کمی از خاک رس با شن مربوطه؛ بر میزان دوام قلعه‌های شنی خود، می‌افزایند.

اسکالیا افزود:

به علت کوچک‌تر بودن دانه‌های رس نسبت به دانه‌های شنی، این ذرات قادرند تا در منافذ میان ذرات بزرگ‌تر (یعنی همان شن) قرار گیرند. در همین راستا، بستر‌های آبی بیشتری تشکیل شده و در نهایت قلعه شنی از استحکام بیشتری برخوردار خواهد شد.

اسکالیا اضافه کرد که به همین دلیل است که فشرده کردن شن و ماسه مرطوب با یک‌دیگر، منجر به استحکام هر چه بیشتر قلعه‌های شنی می‌شود. او خاطر نشان کرد که این تراکم با یاری رساندن به دانه‌های زاویه‌دار، استحکام هر چه بیشتر شن را در پی خواهد داشت.

در انتها، بست خاطر نشان کرد:

در نهایت، قلعه‌های شنی خشک می‌شوند و از بین خواهند رفت؛ اما نمک موجود در آب دریا می‌تواند به ماندگاری هر چه بیشتر آن‌ها کمک کند. پس از تبخیر آب دریا، نمک‌های بر جا می‌مانند و فرم کریستالی تشکیل شده توسط آن‌ها، می‌تواند بر استحکام و تثبیت ساختار قلعه‌های شنی بیفزاید. با این حال، فراموش نکنید که این قلعه‌ها از شن ساخته شده‌اند و در آخر، به راحتی ترک خواهند برداشت.

منبع: LiveScience