Ölüm Vadisi’nin “yarışan kayaları” kendi kendine hareket eden buzlara ilham oldu

Kaliforniya’daki Ölüm Vadisi’nin Racetrack Playa bölgesinde yıllardır gözlemlenen ilginç bir doğa olayı, bilim insanlarının ilgisini çekmeye devam ediyor. “Yarışan kayalar” ya da “yelkenli taşlar” olarak anılan bu gizemli hareketler, zamanla pek çok farklı açıklamayla gündeme geldi. Ancak yaklaşık on yıl önce, bu fenomenin ardında yatan mekanizma bilimsel olarak aydınlatıldı.

Şimdi ise aynı doğa olayı, bambaşka bir deneysel çalışmaya ilham kaynağı olmuş durumda. Racetrack Playa, yılın büyük bölümünde kupkuru olan, dümdüz bir göl yatağı. Ancak araziyi ilginç kılan, yüzlerce taşın arkasında bıraktığı uzun ve kıvrımlı izler. Bazı taşlar birkaç yüz kilogramı buluyor ve buna rağmen, sanki biri tarafından itilmiş gibi izler eşliğinde yer değiştirmiş oluyor. Bu ağır taşların rüzgarla hareket etmesi fiziksel olarak pek olası görünmese de, 2014 yılında yapılan bir saha çalışması bu soruya net bir yanıt getirdi.

Söz konusu çalışmada, Profesör Richard Norris, taşların buzla kaplı sığ su tabakalarında, rüzgarla itilen ince buz levhaları sayesinde hareket ettiğini ortaya koydu. Bu hareket, sadece belirli koşullar sağlandığında gerçekleşiyor: Sert zeminli göl yatağı, nadir gelen yağmurlar sonrası suyla kaplanıyor, ardından geceleri oluşan buz tabakaları gündüz güneşinde çatlayarak yavaşça kayıyor ve üzerindeki taşları da birlikte sürüklüyor. Bu olay, ancak birkaç yılda bir gözlemlenebilecek kadar nadir yaşanıyor.

Bu fikirden ilham alan Virginia Tech doktora öğrencisi Jack Tapocik, laboratuvar ortamında benzer ancak farklı bir deney gerçekleştirdi. Deneyde birebir doğa koşullarını taklit etmek yerine, alüminyum bir yüzey üzerine buz diskleri yerleştirdi. Bu yüzey, yönlü su akışını sağlayan ince kanallarla balıksırtı deseninde tasarlanmıştı. Buz diskleri erimeye başladığında, altında oluşan su tabakası sayesinde yönlü bir hareket gerçekleşti. Üstelik bu hareket, doğadaki örneğin aksine, rüzgar gibi harici bir itici güce ihtiyaç duymuyordu.

Bir botun nehir akıntısıyla sürüklenmesi gibi

Tapocik bu süreci, bir botun nehir akıntısıyla sürüklenmesine benzetiyor. Ancak burada akıntıyı yaratan ne yerçekimi ne de dış bir kuvvet; yüzeydeki oyuklar. Eriyen buzun oluşturduğu su, bu kanallar boyunca hareket ederek buz diskini de peşinden sürüklüyor.

Araştırma beklenmeyen bir gözlemle daha da dikkat çekici hale geldi. Metal yüzey su itici bir maddeyle kaplandığında, buz diskinin daha kolay hareket etmesi bekleniyordu. Fakat aksine, disk bir süre sabit kaldıktan sonra aniden yüksek hızla fırladı. Ekip bu ani hareketi “sapan etkisi” olarak tanımladı. Deneye göre, yüzeyin suyu itmesi nedeniyle fazla eriyik su buzun altından hızla dışarı akıyor, buz ise yüzeye geçici olarak yapışıyordu. Ancak su birikintisi belli bir noktada dengeyi bozduğunda, buz yerinden kopuyor ve hızla ileri doğru atılıyordu. Bu, Racetrack Playa’daki taşlardan çok daha hızlı bir harekete neden oldu.

Bu gözlem, doğadaki taş hareketinden çok, Leidenfrost etkisi olarak bilinen başka bir fiziksel olayı andırıyor. Bu etki, su damlalarının sıcak yüzeyde buhar tabakası üzerinde kayarak hareket etmesiyle oluşuyor. Tapocik’in deneyinde ise buhar değil, eriyen buz ve sıvı akış devreye giriyor. Ayrıca deneyde kullanılan diskler, Leidenfrost damlalarından çok daha büyük boyutlarda ve tamamen katıdan sıvıya geçişe dayanıyor.

Elde edilen sonuçlar, sadece bir doğa olayını taklit etmenin ötesinde, bazı potansiyel teknolojik uygulamaları da gündeme getiriyor. Araştırma ekibinden Doçent Jonathan Boreyko, bu sistemin enerji üretimi gibi alanlarda ilginç sonuçlar doğurabileceğini düşünüyor. Örneğin, yüzey deseni dairesel şekilde tasarlanırsa buz diski eridikçe sürekli dönebilir. Üzerine yerleştirilecek mıknatıslarla bu dönme hareketinden elektrik üretmek teorik olarak mümkün. Ancak bu senaryoda bir engel var: Buzun erimesiyle oluşan hareket, bir kez tamamlandıktan sonra sona eriyor. Devamlılık için sistemin yeniden soğutulup buzun tekrar dondurulması gerekiyor. Yani söz konusu olan bir “sonsuz döngü” değil.

Araştırmacılar, bu mekanizmanın pratikte daha uygulanabilir olduğu alanlara dikkat çekiyor: Buz çözülmesini hızlandıran sistemler, kendi kendini temizleyen yüzeyler veya enerji harcamadan sıvı taşıyabilen mikro yapılar gibi…