Sanddüne

Winde

Winde haben drei wichtige Variationsquellen: Richtung, Geschwindigkeit und Turbulenzen. Die meisten der großen Wüsten befinden sich in subtropischen Gebieten mit hohem Luftdruck, in denen die Winde auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn zirkulieren. Die Hochdrucksysteme neigen dazu, nach Osten abzusinken, so dass die Winde dort stärker sind, ein Muster, das sich in den Dünen widerspiegelt. Poleward dieser Zirkulationssysteme sind die Zonen von sich nach Osten bewegenden Vertiefungen, in denen es im Allgemeinen Westwinde gibt, die die Dünen der nordamerikanischen und zentralasiatischen Wüsten sowie der nördlichen Sahara formen. Die Grenzen zwischen diesen beiden Zirkulationssystemen wandern saisonal hin und her, so dass in den Überlappungszonen komplizierte Dünenmuster gefunden werden. Nur ein paar Wüsten,Insbesondere die Thar-Wüste in Indien und die Sonora-Wüste im amerikanischen Südwesten sind von Monsunwindsystemen betroffen. Einige Dünen werden von Meeresbrisen und lokalen Winden gebaut, wie im Küstengebiet Perus.

Die Windrichtung an einem beliebigen Ort in der Wüste wird von einer Reihe lokaler Faktoren beeinflusst. Winde werden besonders um topografische Merkmale wie das Tibesti-Massiv in der Sahara geleitet, so dass die Dünen von verschiedenen Winden auf verschiedenen Seiten des Hindernisses beeinflusst werden. Winde können auch um die Dünen selbst geleitet werden, wodurch Sekundärströmungsmuster entwickelt werden, die die Formen der Dünen verändern.

Das Muster der Windgeschwindigkeit ist ebenfalls wichtig. Wie viele Naturphänomene haben Windgeschwindigkeiten eine logarithmische Normalverteilung: Es gibt eine große Anzahl mäßiger Brisen und eine abnehmende Anzahl zunehmend heftigerer Winde. Die größten Sandmengen werden wahrscheinlich von ungewöhnlich starken Winden bewegt, da die vom Wind bewegte Sandmenge eine Kraftfunktion (Exponentialfaktor) der Windgeschwindigkeit ist. Zum Beispiel trägt ein Wind mit einer Geschwindigkeit von 10 km / h 13 Gramm pro Stunde (0,39 Unzen pro Stunde), ein Wind mit einer Geschwindigkeit von 20 km / h 274 Gramm pro Stunde und ein Wind mit einer Geschwindigkeit von 30 km / h 1.179 Gramm pro Stunde. Ein Wind mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt sich weniger größer als kleinere Körner. Starke Winde wehen oft aus einer bestimmten Richtung, wie in der südlichen Sahara, wo die intensiven Winde von Sandstürmen überwiegend aus einer Richtung kommen.Solche Winde sind für die Wellen der Sandblätter verantwortlich, da sie allein groben Sand bewegen können. Leichtere Winde wehen aus verschiedenen Richtungen, und die Dünen, die aus feinerem Sand bestehen, werden daher von mehreren Winden beeinflusst.

The wind is retarded near the surface by friction. Above the ground the wind velocity increases rapidly. The near-surface velocity must rise above a certain threshold value before sand will be picked up, the value depending on the size of the sand grains; for example, a wind of 12 km per hour measured at a height of 10 metres is required to move sands 0.02 centimetre in diameter, and a 21-km-per-hour wind is required to move 0.06-cm sands. Once sand movement has been initiated by wind of such velocity, it can be maintained by winds blowing at lower speeds. Because instantaneous wind speeds in eddies can rise well above the average velocity, turbulence also is important, but it is difficult to measure.

Formation and growth of dunes

The dune-forming process is complex, particularly where many thousands of dunes have grown side-by-side in sand seas. Yet, an introductory account can be given based on the example of a single dune on a hard desert surface.

Most of the sand carried by the wind moves as a mass of jumping (saltating) grains; coarser particles move slowly along the surface as creep and are kept in motion partly by the bombardment of the saltating grains. Saltating sand bounces more easily off hard surfaces than off soft ones, with the result that more sand can be moved over a pebbly desert surface than over a smooth or soft one. Slight hollows or smoother patches reduce the amount of sand that the wind can carry, and a small sand patch will be initiated. If it is large enough, this patch will attract more sand.

The wind adjusts its velocity gradient on reaching the sand patch; winds above a certain speed decrease their near-surface velocity and deposit sand on the patch. This adjustment takes place over several metres, the sand being deposited over this distance, and a dune is built up. The growth of this dune cannot continue indefinitely. The windward slope is eventually adjusted, so that there is an increase in the near-surface velocity up its face to compensate for the drag imposed by the sandy surface. When this happens, the dune stops growing and there is no net gain or loss of sand.

As the dune grows, the smooth leeward slope steepens until the wind cannot be deflected down sharply enough to follow it. The wind then separates from the surface leaving a “dead zone” in the lee into which falls the sand brought up the windward slope. When this depositional slope is steepened to the angle of repose of dry sand (about 32°), this angle is maintained and the added sand slips down the slope or slip face. When this happens, the dune form is in equilibrium, and the dune moves forward as a whole, sand being eroded from the windward side and deposited on the lee.

If the regional rate of sand flow can be calculated from measurements of wind speed and direction, and if it is assumed that the dune has a simple cross section that migrates forward without change of form, a formula for the rate of movement of a dune that agrees with actual measurements can be derived. In Peru dunes have been observed to move at 30 metres per year; in California rates of 25 metres per year have been measured; and in Al-Khārijah Oasis (the Kharga Depression) in southern Egypt dunes have been reported to move 20 to 100 metres per year, depending on dune size (in general, small dunes move faster than large dunes because their smaller cross-sectional area requires less sand to be transported to reconstitute their form one dune-length downwind).