Но ученые давно подозревали, что речные сети не так статичны, как может показаться, и собрали геологические и биологические доказательства, свидетельствующие о том, что многие реки были «перестроены», смещаясь и перемещаясь по ландшафту за миллионы лет.Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и Швейцарского федерального технологического института (ETH Zurich) разработали метод картирования, который измеряет, насколько меняется речная сеть и в каком направлении она может двигаться.
Их результаты опубликованы в выпуске журнала Science на этой неделе.Этот метод фокусируется на водоразделах речной сети — линиях хребтов, например, вдоль горных хребтов, которые действуют как границы между двумя речными бассейнами. По мере того как дождевая вода стекает по обе стороны водораздела в противоположные реки, она разрушает подстилающую породу. Река на одной стороне водораздела может разрушаться быстрее, чем на другой, создавая то, что исследователи называют «дисбалансом» в речной сети.
Они рассудили, что для достижения баланса водораздел должен сместиться, чтобы принять более стабильную картину.Команда придумала метод измерения, чтобы определить направление, в котором должна сместиться водораздел, чтобы привести свои речные сети в равновесие, а затем выполнила эти измерения на реальных ландшафтах, включая регионы Китая, Тайваня и юго-востока США. Они обнаружили, что в то время как некоторые речные сети соответствовали стабильной схеме — предполагая, что они относительно статичны, — другие сети, например, на юго-востоке США, создавали модели, подразумевающие, что эти регионы в настоящее время смещаются и изменяются.
«Мы можем понять, претерпевает ли данная речная сеть драматические изменения, и сокращаются ли отдельные водосборные бассейны, расширяются или смещаются в сторону», — говорит соавтор Тейлор Перрон, доцент кафедры геологии в Массачусетском технологическом институте. наук о Земле, атмосфере и планетах. «Мы делаем мгновенный снимок степени реорганизации, а также направления, в котором это происходит».Балансировка через разрывЗнание того, где смещаются речные системы, может помочь объяснить любопытные различия, обнаруженные в некоторых речных бассейнах. Например, Перрон указывает на некоторые речные сети, в которых ученые определили отложения или виды рыб, которые лучше соответствуют геологии или генетическому составу близлежащего речного бассейна.
Дренажный водораздел, разделяющий эти бассейны, возможно, когда-то в прошлом резко сместился, переместив истоки одной реки в реку на противоположной стороне.То, как линии хребта, или дренаж, мигрируют, зависит от того, насколько быстро разрушается каждая сторона гребня.
Если река на одной стороне врезается в основную породу быстрее, чем река на другой стороне водораздела, этот дисбаланс может со временем подтолкнуть горный хребет к ландшафту.«Но это довольно сложно оценить», — говорит Перрон. «Сложно измерить эти очень низкие темпы эрозии, обычно составляющие десятые доли миллиметра в год. Вы не можете пойти к реке, навести на нее свой трикодер Star Trek и посмотреть, насколько быстро она разрушается».
Вместо этого исследователи рассчитали так называемую «равновесную высоту» для водосборных бассейнов по обе стороны от водораздела — то есть, насколько высоко или низко должно быть русло реки, чтобы уравновесить две силы: эрозию реки в скалу и регион. тектоническая активность, толкающая скалу вверх. Несовпадение равновесной отметки через водосборный водораздел означает, что водораздел, вероятно, находится в движении: для достижения стабильного состояния водораздел должен сместиться в сторону с более высоким уровнем равновесия.Исследователи обнаружили, что, нанося на карту равновесные отметки всей речной сети и вычисляя несоответствия между водоразделами, они могут предсказать направления, в которых перемещаются водоразделы по всему ландшафту.
Сдвиг границИсследователи применили свою технику к трем очень разным речным сетям, обнаруженным на плато Лёсс в Китае, восточной части Центрального хребта на Тайване и в регионе между Аппалачскими горами и Атлантическим океаном на юго-востоке США.Оказывается, реки Лессового плато — тектонически стабильного геологического региона — по существу стационарны, так как их равновесные отметки близко совпадают по водоразделам.
Однако гораздо более молодые речные сети на Тайване образуют совершенно иную картину, которая, по-видимому, резко меняется в ответ на тектоническую активность в регионе.Больше всего Перрона удивило то, что, вероятно, происходит на юго-востоке Соединенных Штатов. Хотя ландшафт, простирающийся от северной Флориды до Вирджинии, не испытывал особой тектонической активности в течение сотен миллионов лет, карта группы предполагает, что речные сети в этих областях находятся в движении. По своим результатам исследователи обнаружили, что откос Голубого хребта движется вглубь суши и, по сути, тянет за собой бассейны рек, медленно растягивая их по ландшафту.
По словам Перрона, со временем более крупные бассейны у побережья уступят место более мелким, что значительно изменит топографию.«Вы, вероятно, увидите, что некоторые из этих небольших прибрежных водосборных бассейнов прекращают свое существование, например, Огичи», — говорит Перрон. «И некоторые более крупные бассейны, такие как Роанок и Саванна, вероятно, станут больше.
Все эти границы меняются, и в зависимости от того, как долго вы ждете, вы можете увидеть, как они уходят очень далеко».Видео: http://www.youtube.com/watch?v=FnroL1_-l2c