Новий метод реконструкції ландшафтів рік

Поверхня нашої планети зазнає постійних змін внаслідок ерозії. Реконструкція минулих ландшафтів досі була серйозним викликом для вчених. Сучасна технологія спрощує реконструкцію минулих ландшафтів, а також дозволяє передбачати, як вони змінюватимуться в майбутньому. За основу вона бере еволюції контурів басейнів річок та використовує статистичний метод для їх опису. Ключовим тут є те, чи краї вододілу річкової системи стабільні чи ж вони розширюються, поглинаючи басейни сусідніх річок. Описана методика 10 березня у журналі Science. 

 

 

В основі поведінки річок лежать закони, які можна інтегрувати в математичну модель, з допомогою якої, у свою чергу, досліджувати минулі та майбутні річкові ландшафти. 

 

 

Те, як ріка впливає на довколишній ландшафт через ерозію, залежить від багатьох факторів, включаючи крутизну місцевості, твердість порід та об’єму води, який вона переносить. З часом річка, мережа її приток та довколишній ландшафт набувають стабільних форм та конфігурації, - стверджує Шон Віллет, геофізик зі Швейцарського федерального інституту технологій у Цюріху, який очолював дослідження.

 

У більшості досліджень вчені зосереджували увагу на «вертикальній» поведінці річки, зокрема на тому, як вона прокладає собі шлях крізь навколишнє середовище. Команда Віллета, натомість, зосередилася на «горизонтальних переміщеннях», зокрема на тому, як з часом переміщаються кордони вододілу. Дослідники твердять, що басейни сусідніх річок з часом стабілізуються, щоб досягти рівноваги.

 

За словами Віллета, геомофологам відомо багато закономірностей поведінки річок. Наприклад, що «маленькі ріки круті, а великі – ні» чи що «ріки не люблять бути довгими та худими».

 

З цих та інших закономірностей команда Віллета створила статистичну модель, яка обраховує спеціальну величину «Х» (грецька літера «хі») у кожній точці ландшафту. Порівнюючи значення «Х» у найдальшій точці вгору за течією зі значенням цієї величини з протилежного боку (біля сусіднього вододілу), дослідники можуть сказати, чи кордон між двома річковими системами стабільний чи ж перебуває у процесі становлення. Якщо значення «Х» однакове по обидва боки вододілу, значить кордон між системами річок стабільний. І, навпаки: якщо значення Х відрізняються по обидва боки хребта, кордон нестабільний та система річки зміщуватиметься, поки не досягне стабільної конфігурації.

 

«Методологія дозволяє зрозуміти сучасний ландшафт з погляду його еволюції в минулому»,  – стверджує Келін Вайпл, геоморфолог з Університету Арізони. У сучасних комп’ютерних моделях, за його словами, системи річок досягають стабільної конфігурації швидше, ніж це відбувається в реальності (за сотні тисяч, а не мільйони років). Тому нова техніка дозволить також поліпшити ці моделі.

 

Щоб перевірити свій метод, Віллет та його колеги дослідили басейни річок у трьох віддалених, геологічно різних регіонах. Зокрема, у Лесовому плато, що в Центральному Китаї, де тектонічна активність впродовж останніх кількох сотень мільйонів років була незначною, кордони басейнів річок стабільні. Натомість, вздовж східних схилів гір Аппалачів в  Північній америці, що почали формуватися 200 млн. років тому, коли Європа відділилася від Америки, басейни річок досі не досягнули стабільної конфігурації.  

 

Ситуація ще більш нестабільна у Тайвані, де потужна тектонічна активність припіднімає острів та робить місцевість крутішою. Тут показники ерозії ландшафту дуже високі, зокрема через потужні тайфуни, які лише за один удар по побережжю можуть змістити кордон між вододілами на 12 метрів.

 

Перевага методики Віллета полягає ще й у тому, що, окрім допомоги геологам у вивченні еволюції ландшафту, вона також допомагає екологам краще зрозуміти, як річкові види поширювалися з одного басейну річки в інший.

13.03.2014

До теми