以下文章經許可轉載自 The Conversation，這是一個報道最新研究的線上出版物。
如果你想了解為什麼有些沙堡高聳並具有複雜的結構，而另一些沙堡幾乎是無定形的沙堆，那麼擁有土木工程學的背景會有所幫助。
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作為一名 土木工程教育工作者 本人，我在課堂上使用沙堡來解釋土壤、水和空氣的相互作用如何使 在採礦後重建景觀 以獲取對能源轉型至關重要的金屬成為可能。
建造沙堡的關鍵在於這三種成分的正確混合。沙子提供結構，但沙粒之間的水提供將沙子結合在一起的力——在這種情況下是吸力。如果沒有適量的空氣，水只會將沙粒推開。
並非任何沙子都可以
根據 ASTM International 標準機構的 統一土壤分類系統，砂粒是直徑為 0.003 英寸（0.075 毫米）至 0.187 英寸（4.75 毫米）的土壤顆粒。根據定義，沙子至少有一半的顆粒在這個範圍內。淤泥或粘土是顆粒小於沙子尺寸的土壤。顆粒大於沙子尺寸的土壤是礫石。
顆粒或砂粒的大小也決定了沙子的外觀和感覺。最小的砂粒質地幾乎像糖粉。最大的砂粒更像小扁豆大小。
大多數沙子都可以用來建造沙堡，但最好的沙子有兩個特點：不同尺寸的砂粒以及具有稜角或粗糙邊緣的砂粒。粒徑的變化允許較小的砂粒填充較大砂粒之間的空隙或孔隙。結果是沙子的強度增加。
更具稜角、帶有尖角的砂粒可以更好地鎖在一起，使沙堡更堅固。 這與一堆有稜角的木塊會保持堆積狀態，而一堆彈珠會散落各處的道理相同。
這也是為什麼，令人驚訝的是，建造沙堡的最佳沙子通常不是在島嶼或沿海海灘上發現的。 更多有稜角的砂粒通常在更靠近山區的地方發現，那裡是它們的地質來源。 這些砂粒的邊緣尚未被風和水磨圓。 專業的沙堡建造者甚至會 進口河沙來製作他們的作品。
最後，砂粒靠得越近，沙子的強度就越高。 透過壓實或夯實將溼沙緊緊地壓在一起，將砂粒擠壓在一起，減小孔隙的大小，並增加水可以產生的效果。 壓實還可以增加顆粒的互鎖，從而提高沙子的強度。
水是關鍵
沒有水，沙子只會形成一堆。 水太多，沙子就會像液體一樣流動。 但在乾燥的沙子和飽和的沙子之間，存在著 廣泛的溼度水平，使沙堡的建造成為可能。
水是具有內聚力的，這意味著水喜歡粘附在水上。 但水也會粘附或爬上某些表面。 看看半杯水，你會看到水稍微沿著杯子內壁上升。 重力仍然將水 удерживает 在杯子裡，但水正試圖爬升並潤溼表面。 這種微小的力量博弈使沙堡成為可能。
在空氣和水相遇的地方，存在表面張力。 氣水介面向下牽引，試圖將水 удерживает 在一起，對抗表面潤溼、內聚力和重力的競爭力。 表面張力將水 удерживает 在一起，就像氣球的繃緊的表皮一樣。 表面張力也會將砂粒 удерживает 在一起。
如果玻璃杯細得多，像吸管一樣，水就會升得更高，表面張力也會更大。 吸管越窄，水就會升得越高。 這種現象稱為 毛細作用。
水在溼沙中的行為方式相同。 砂粒之間的孔隙或空間就像一束非常小的吸管。 水在砂粒之間形成微小的橋樑。 這些橋樑中的水處於張力之下，透過一種我們土木工程師稱之為 吸力應力 的力將砂粒拉到一起。
適量的水
沙子中水的量控制著 水橋的大小和強度。 水太少等於砂粒之間的小橋樑。 水越多，橋樑的尺寸和數量就會增加，從而增加 удерживает 沙粒在一起的吸力。 結果是完美的沙堡沙子。
但是，水太多，吸力太弱，無法將沙子 удерживает 在一起。
建造出色沙堡的一般經驗法則是 每八份幹沙一份水。 然而，在實驗室的理想條件下，在緻密的沙子和零蒸發的情況下，每 一百份幹沙一份水 就能創造奇蹟。 在海灘上，溼度水平合適的沙子位於低潮時的高潮線附近。
順便說一句，海水的鹽分也可以成為沙堡穩定性的福音。 毛細作用力最初 удерживает 砂粒在一起，但毛細管水最終會蒸發，尤其是在颳風的天氣裡。 當海水乾涸時，會留下鹽分。 由於海水在顆粒之間形成了橋樑，鹽在這些接觸點結晶。 這樣，即使沙子幹了很久，鹽也能使沙堡屹立不倒。 但要注意不要擾亂鹽粘結的沙子； 它很脆且容易塌陷。
要建造堅固的沙堡，請儘可能緊密地壓實沙子和少量的水。 我更喜歡建立一個密實的土堆，然後挖空和雕刻以展現其中的藝術。 您也可以將沙子壓實到桶、杯子或其他模具中，然後從地面向上建造。 只要確保沙子密實，並將模具放置在壓實的地基上即可。 手是很好的壓實和雕刻工具，但鏟子或貝殼可以實現更高的精度。 玩得開心，不要害怕弄得滿身沙子！
本文最初發表於 The Conversation。 閱讀 原文。