Миграция русел играет ключевую роль в эволюции речных сетей

Новое исследование, проведенное бывшим аспирантом Университета Иллинойса Джеффри Квангом, Абигейл Лэнгстон и профессором Гэри Паркер, показало, что боковая миграция речных русел является ключевым, но ранее игнорируемым фактором формирования разветвленных (дендритных) речных сетей. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследователи поставили под сомнение традиционные численные модели эволюции ландшафта, которые фокусируются в основном на вертикальной эрозии (углублении русла). Ранее физические эксперименты с водными потоками на песчаных моделях показали, что изначально меандрирующие (S-образные) русла со временем реорганизуются в дендритный рисунок, подобный ветвям дерева. Однако численные модели этого не предсказывали.

Ключевое открытие: недостающим элементом в моделях оказалась латеральная (боковая) миграция русел — их смещение по ландшафту. Когда команда включила в свою численную модель как вертикальную, так и боковую эрозию (используя сценарий, разработанный Лэнгстон и Грегори Такером), результаты кардинально изменились.

Результаты моделирования:

• При моделировании только вертикальной эрозии на протяжении 5 миллионов лет река прорезала глубокий каньон, но сохранила исходный S-образный рисунок, что нереалистично.
• После добавления в модель латеральной миграции на отметке в 5 миллионов лет русла начали смещаться и реорганизовывать сеть.
• К 10 миллионам лет модель стала напоминать разветвленное дерево, и этот дендритный паттерн усиливался к концу моделирования в 15 миллионов лет.

«Наша работа показывает, что латеральная миграция русел, механизм, обычно игнорируемый в моделях эволюции ландшафта, обладает потенциалом кардинально перестраивать речные сети», — заявил Джеффри Кванг.

Значение и дальнейшие планы:

Понимание этого процесса важно для долгосрочного планирования, например, при выборе мест для хранения токсичных отходов, так как миграция близлежащих рек может со временем создать угрозу. В дальнейшем команда планирует изучить влияние типа осадков и геологических особенностей (гор, разломов) на этот процесс.

«Мы годами знали о боковой миграции горных рек, но никто не думал включить это в модель и запустить её на сотни, тысячи или миллионы лет. Это первая подобная попытка, и мы очень взволнованы результатами», — отметил Гэри Паркер.