في المواد المسامية — التربة، الصخور، المرشحات — تتحرك السوائل عبر قنوات صغيرة متعرجة. عندما يتواجد سائلان غير قابلين للامتزاج في هذا الوسط في الوقت نفسه، مثل الماء والهواء، تتغير الحدود بينهما باستمرار: فقاعات الهواء تزيح الماء من بعض المسام وتفتح الطريق أمام أخرى. يشبه ذلك مترو الأنفاق المزدحم حيث يتنقل الحشد باستمرار ويضطر الأفراد إلى تغيير مساراتهم.
درس الباحثون كيف يؤثر هذا التدفق ثنائي الطور غير المستقر على امتزاج المواد المذابة. اتضح أن حركة الحدود الفاصلة بين الطورين تجعل السائل يتمدد وينطوي، مثل العجين الذي يُفرد ويُطوى مرارًا وتكرارًا. تُسمى هذه العملية بالخلط الفوضوي: تتباعد جزيئات السائل المتجاورة بسرعة، وتتوزع المواد بكفاءة أكبر بكثير مما في التدفق الهادئ أحادي الطور.
باستخدام النماذج العددية، أثبت العلماء أن سرعة الخلط تعتمد على معدل التدفق. عندما يكون التدفق بطيئًا جدًا، لا يتشوه السائل تقريبًا، وعندما يكون سريعًا جدًا، تتحرك الحدود الفاصلة بين الطورين كثيرًا بحيث لا يتوفر لها الوقت لتمديد السائل بفعالية. يتحقق أقصى خلط عند السرعة المثلى، عندما يتوازن تشوه القص مع تكرار تغيير اتجاه التدفق.
يساعد هذا الاكتشاف في فهم كيفية حدوث الامتزاج والتفاعلات الكيميائية في الأنظمة متعددة الأطوار في الطبيعة والتقنية — من هجرة الملوثات في المياه الجوفية إلى العمليات في المفاعلات الكيميائية. من خلال التحكم في سرعة التدفق، يمكن تعزيز أو إضعاف الخلط، مما يفتح آفاقًا جديدة لتنقية المياه، واستخراج النفط، والعديد من التطبيقات الأخرى.
الخلط الفوضوي في الأوساط المسامية يشبه خلط الدهان في العلبة: إذا حركت ببطء شديد، يبقى الدهان غير متجانس، وإذا حركت بسرعة كبيرة، تتشكل دوامات تمنع توزيع الصباغ بالتساوي.