Dispersive Transportdynamik in porösen Medien resultiert aus lokalen Korrelationen

Das Verständnis und die Kontrolle des Transports durch komplexe Medien ist zentral für viele Prozesse, die von technischen bis zu biologischen Anwendungen reichen. Dennoch stellt der Einfluss mikroskaliger Manipulationen auf die makroskopische Transportdynamik weiterhin konzeptionelle Rätsel dar. Hier zeigen wir die Vorhersagekraft eines konzeptuellen Wandels in der Beschreibung komplexer Medien durch lokale mikroskalige Korrelationen anstelle einer Ansammlung unkorrelierter minimaler Einheiten. Insbesondere zeigen wir, dass die nichtlineare Abhängigkeit zwischen mikroskopischen morphologischen Eigenschaften und makroskopischen Transporteigenschaften in porösen Medien durch Transportstatistiken auf der Ebene der Porenverbindungen und nicht einzelner Poren erfasst wird. Durch experimentelle und numerische Untersuchung des Transports durch zweidimensionale poröse Medien, während wir die Flussheterogenität schrittweise erhöhen, finden wir eine nicht-monotone Veränderung der Transporteffizienz. Mithilfe analytischer Argumente haben wir physikalische Intuition aufgebaut, wie diese nicht-monotone Abhängigkeit aus den Verbindungsstatistiken hervorgeht. Der hier vorgestellte Paradigmenwechsel beeinflusst unser Verständnis des Transports innerhalb der Vielfalt komplexer Medien erheblich.