Исследование обнаруживает порядок в кажущейся случайности эволюционирующего ландшафта Земли

Работа ученых из Стэнфордской школы наук о Земле, недавнего доктора философии Эйтана Шелефа и доцента геологических и экологических наук Джорджа Хилли, бросает вызов 50-летним исследованиям, основанным на предположении, что геометрия речных сетей отражает математически случайный процесс. Они разработали математические соотношения, которые описывают не только геометрию самих русел на склонах, но и геометрию подстилающего ландшафта. Эти уравнения позволили найти простой показатель, отличающий естественные речные сети от сгенерированных случайным образом в компьютере, что опровергает гипотезу о случайности, выдвинутую в 1960-х годах.

Отвергнув эту старую гипотезу, исследователи теперь могут извлекать бесценные трехмерные данные из двухмерных изображений. В отличие от прежних методов, анализировавших только картографические паттерны, Шелеф и Хилли использовали данные лазерной альтиметрии для анализа как русел, так и водораздельных линий. Это позволило связать геометрию сети с двумерными признаками трехмерной эрозии. Поскольку разные эрозионные процессы оставляют разные следы, влияющие на рисунок сети, новый подход позволяет ученым определять процессы, формирующие ландшафт, просто анализируя наложенную речную сеть.

Разработанные математические инструменты могут помочь расшифровать процессы, формирующие каналы в областях с хорошими изображениями, но ограниченными данными о высотах, таких как погребенные сети на Земле или сети на Марсе и Титане. Например, снимки с орбитального аппарата NASA Mars Reconnaissance Orbiter показывают разветвленные сети на Марсе, а данные зонда Huygens — каналы, вероятно, сформированные жидким метаном на Титане. Исследование Шелефа может помочь понять процессы, действующие на Титане сегодня, и те, что формировали марсианские сети миллионы или миллиарды лет назад. Как отмечает Хилли, анализ разветвленных сетей может выйти за рамки наук о Земле, поскольку подобные структуры распространены в биологии (листья деревьев, кровеносная система), что открывает возможности для междисциплинарных исследований.