Bir avuç sahil kumunda saklanan şaşırtıcı fizik

Kumun, plaj gününde her yere ulaşma gibi bir özelliği vardır ve bazıları için tüm yolculuğun başarılı ya da başarısız olmasına neden olabilir. Sandviçler açılırken havada uçuşması, gün ortasında ayağın altının inanılmaz derecede ısınması ve inatla her kıyafet parçasına yapışması var.

Ancak insanların kıyıda lanet ettiği aynı şeyler yavaş yavaş Dünya’daki en önemli malzemelerden biri haline geliyor. Ve azalmaya başlıyor.

Malzeme bilimcisi Shu Yang, “Sudan sonra kum, gezegende en çok kullanılan ikinci doğal kaynak; dünyada yılda yaklaşık 50 milyar ton kum geçiyor” diyor. “Bu, tüm dünyanın çevresine dokuz katlı bir duvar inşa etmeye yetiyor ve biz onu nehirlerden, kıyılardan ve deniz yataklarından, Dünya’nın bunu yapmak için harcadığı yüzbinlerce yıldan daha hızlı bir şekilde çekiyoruz.”

Daha sürdürülebilir beton ve inşaat malzemeleri üretmek için kum kullanan Yang, çöller gibi yerlerin kumla kaplı olmasına rağmen “herhangi bir kumun işe yaramadığını” söylüyor. Rüzgârın yumuşattığı kumul tanecikleri inşaat için neredeyse işe yaramaz; bu da görünüşte kumla kaplı bir gezegenin hala kıtlıkla karşı karşıya kalmasının bir nedenidir.

Penn Today, insanların ayaklarının altında gerçekte olup bitenlerin en ince ayrıntılarına inmek için Yang’ı yakaladı.

Neden bazı kumlar ayaklarınızı yakar ve bazıları serin kalır?

Yang, kumsalın keyifli olup olmadığı veya çıplak ayak tehlikesinin çeşitli faktörlere bağlı olduğunu söylüyor; kompozisyon, renk, tane boyutu, nem, kumun ne kadar sıkı paketlendiği ve hava akışı.

“Koyu renkli kumlar güneş ışınımını daha fazla emer ve beyaz olanlara göre çok daha sıcak olabilir” diye açıklıyor. Kuru kum hızla ısınır çünkü taneler arasında sıkışıp kalan hava zayıf bir iletkendir, dolayısıyla ısı yüzeye yakın kalır; ıslak kum daha serin kalır çünkü su ısıyı iyi iletir ve buharlaştıkça onu da taşır. Cilde daha fazla yüzey alanıyla temas eden daha ince taneler de ayak altında daha sıcak hissedilebilir.

Hava sıcaklığı 24°C (75°F) civarındaysa, kum 38°C’nin (100°F) üzerine çıkabilir ve 32°C’nin (90°F) olduğu bir günde 49°C’nin (120°F) üstüne çıkabilir; bu da cildin yanmaya başladığı kabaca 44°C’nin çok üzerine çıkar. Ardından gelen kabarcıklı tabanlara bir isim bile var: “plaj ayakları.”

Yang, “Su hattı yakınındaki ıslak kumda yürümenin standart tavsiyesinin, termal fiziğin sağlam olduğu ortaya çıktı,” diye kıkırdadı.

Hiçbir iki plaj ayak altında aynı hissi vermiyor

Neden bir plaj tozluyken diğeri kaba? Yang, bunların çoğunun kumun nereden geldiğine ve ne kadar uzağa gittiğine bağlı olduğunu söylüyor.

Volkanların veya mercan resiflerinin yakınındaki plajlar daha sert, daha büyük taneciklere yönelirken, sürekli dalgaların dövdüğü kıyı şeritleri zamanla daha ince, daha pürüzsüz tanelere dönüşür.

Yang, plaj kumunun bu kadar çok renkte olmasının nedeninin de aynı köken hikayesi olduğunu belirtiyor. Çoğu kuvarstır, ancak feldspat, bazalt veya deniz kabuğu ve mercan parçalarıyla benek benekli olabilir. Hawaiʻi’nin Papakōlea Plajı olivin kristalleriyle yeşile boyanmıştır; İzlanda ve Hawaii’nin siyah kumlu plajları toz haline getirilmiş volkanik bazalttır; ve Bermuda’nın ünlü pembe kumları, kızarıklığını foraminifera adı verilen minik deniz organizmalarının kırmızı kabuklarına borçludur.

Daha sağlam kumdan kaleler için su kullanın

Yang, kumdan yapılar inşa ederken davranışlarındaki en büyük değişkenin su olduğunu söylüyor.

Kuru kum yalnızca sürtünmeyle yönetilir, dolayısıyla kuru bir yığın şekil tutmaz. Biraz su eklediğinizde her şey değişir: Yang, ince filmlerin taneler arasında küçük sıvı köprüler oluşturduğunu ve ortaya çıkan kılcal kuvvetlerin onları bir araya getirdiğini, ancak yüzey geriliminin onları ayırmaya direndiğini söylüyor.

Bunun fizikçilerin karıştırma dediği bir olgu olduğunu açıklıyor. Kumun ıslak cilde bu kadar inatla tutunmasının ve cilt kuruyup su köprüleri ortadan kaybolduğunda hemen fırçalanmasının nedeni de aynı etkidir.

Kum, bardaklardan telefonlara kadar her yerde

Yang, inşaatın ötesinde kumun, ambalajlama, su filtreleme ve kıyı koruması da dahil olmak üzere “camın gerekli olduğu her yerde” ortaya çıktığını belirtiyor.

Sand’ın en önemli işi, insanların şu anda elinde bulundurduğu cihaza güç sağlamak olabilir. Plaj kumu çoğunlukla silikadan oluşur ve kuvarstan arıtılmış silikon, her bilgisayar çipinin kalbinde yer alır. Ancak yarı iletken olarak işlev görmesi için silikonun %99,9999999 saflığa veya her milyar silikon atomu için yaklaşık bir başıboş atoma kadar rafine edilmesi gerekir.

Oraya ulaşmak alışılmadık derecede temiz kuvarsla başlıyor ve dünyadaki ultra yüksek saflıktaki kuvarsın %70 ila %90’ı, yaklaşık 380 milyon yıl önce bir kıtasal çarpışmanın olağanüstü saflıkta kuvars oluşturduğu tek bir küçük Appalachian kasabasından geliyor. Wharton Okulu’ndan Ethan Mollick’in belirttiği gibi, “Modern ekonomi Kuzey Carolina’daki Spruce Pine’da tek bir yola dayanıyor.”

Eğer doğru kum bu kadar azsa neden onu yapmıyoruz?

Yang, bir noktaya kadar insanların bunu zaten yaptığını belirtiyor. İnşaat sektörü rutin olarak kayaları kırarak kum üretiyor ve kimyagerler kuvarsı doğada bulunan her şeyden daha saf bir şekilde sentezleyebiliyor. Ancak sentetik yüksek saflıktaki kuvars, çıkarılan türden birkaç kat daha pahalı olabilir.

Sand’ın bir sonraki en büyük işi aynı zamanda en sade işidir ve bu da onu sürdürülemez bir uygulamanın temel bileşeni haline getirir. Beton, çimento ile birbirine bağlanmış kum ve çakıldan oluşur ve küresel sera gazı emisyonlarının %9’unu oluşturur.