宾夕法尼亚大学(University of pennsylvania)领导的研究小组的新发现表明，岩石和类似颗粒的形状是按照同样的数学原理发展的，不管这个粒子是河流中的石头，还是沙丘上的一粒沙子，还是海洋沙滩上的卵石。
海滩玻璃光滑的质地让人想起了湍流的交通历史，粗糙的边缘磨损了，产生了曲线。同样光滑的特征可以在河岩和沙丘中看到。
由宾夕法尼亚大学地球物理学家道格拉斯·j·杰罗马克领导的研究小组将数学模型与实验室实验以及来自河流、海洋和沙丘场的实地测量相结合，发现相同的一般过程可以指导这些不同粒子类型的四合。他们在《科学进展》杂志上发表了他们的研究结果。
Jerolmack说:“我们展示了风吹的沙子，河流的鹅卵石，和波浪式的卵石，它们以同样的方式相互碰撞。”“更重要的是，我们展示了大自然是如何选择导致这种普遍行为的条件的。”
解释这种进化的普遍性的数学模型是近几十年来建立的，旨在证明庞加莱猜想，这是纯数学的一个重大突破。结果是，同样的方程有第二个，同样有趣的解释是自然形状进化的模型。
在2015年的《自然通讯》(Nature Communications)的一篇文章中，Jerolmack和他的同事们通过一篇自然通讯的文章，对火星上液态水的可能性进行了确认，从而得出了关于粒子如何能够帮助科学家拼凑出其他粒子的历史的普遍看法。
这项工作还可能使研究人员能够追踪那些从大颗粒中分离出来的沉积物。这些谷物体积虽小，但却很强大，它们建造了湿地、洪水平原和海滩，影响了从飓风恢复到农业生产力的方方面面。
研究团队中包括布达佩斯科技大学的数学家Gabor Domokos，以及Timea Novak-Szabo，他曾在Jerolmack和Domokos的实验室里呆过一段时间，之前曾研究过河岩是如何形成的。在早期的研究中，他们发现这些颗粒首先会变得平滑，当它们在河床上反弹时，它们的尖角会脱落，然后在继续与其他粒子碰撞时变得更小。
在这项新研究中，他们展示了简单的几何学如何预测大多数沉积物的共同形状演化，它们是由风吹来的沙粒，在实验室里的旋转鼓中碰撞的石灰石块，或被海浪撞击的卵石。
研究人员利用来自新墨西哥州白沙沙丘、波多黎各河床、意大利海滩和多科奥斯实验室的数据，证明了他们的假设是正确的:与其他粒子的碰撞使所有这些粒子以相同的方式旋转。
这些相似之处是由于在河床上行走的粒子——无论是河流、沙丘还是海洋——所受的限制。这些粒子,研究人员发现,往往源于细长形状,碰撞出粒子,和这样做一定程度的力量,有利于沉积物的凿的小片段,而不是更大的力量,可能会导致一个粒子在大块碎片,磨损表面或弱势力像砂纸。
现在有了这个普遍规律，研究人员有了数学工具，他们需要根据其形状重建任何沉积物颗粒的运输历史，从而提高他们预测随时间变化的景观演变的能力。
这项工作得到了Koranyi Fellowship、匈牙利OTKA (Grant 119245)和国家科学基金会Luquillo Critical Zone Observatory (Grant EAR-1331841)的支持。
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