Геофизик сотрудничает с математиками, чтобы описать, как речные камни становятся округлыми

Новое исследование, проведенное Дугласом Джеролмаком из Пенсильванского университета совместно с математиками из Будапештского университета технологий и экономики, разрешило давнюю геологическую загадку. Ученые установили, почему камни в руслах рек становятся мельче и круглее по мере движения вниз по течению. Их модель показывает, что истирание (абразия) играет ключевую роль в поддержании этих закономерностей, но происходит в два этапа.

Модель предсказывает, что сначала абразия делает камень округлым, при этом его диаметр практически не меняется. И только когда камень становится гладким, истирание начинает уменьшать его размер. Это открытие меняет прежние представления, согласно которым наблюдаемый градиент размеров объяснялся в основном избирательным переносом более мелких обломков. Эксперимент с кубом песчаника в барабанной дробилке подтвердил предсказания модели.

Результаты работы имеют важные последствия для геологии. Они показывают, что измерение только диаметра гальки в полевых условиях не отражает всей истории ее абразионного износа, так как камень может потерять значительную массу до начала уменьшения диаметра. Это также означает, что роль истирания в производстве песка и ила, формирующих поймы, пляжи и эстуарии, ранее могла недооцениваться. Кроме того, модель открывает путь к реконструкции истории рек, в том числе на Марсе, где ровер Curiosity обнаружил округлую гальку, свидетельствующую о древнем водном потоке.

«Если мы знаем что-то о первоначальной форме камня, мы можем смоделировать, как он превратился из начальной формы в текущую», — пояснил Джеролмак. Это позволяет оценить, как далеко и как долго перемещался камень, а в случае с Марсом — ограничить время, в течение которого на его поверхности существовала стабильная жидкая вода. Исследование будет опубликовано в журнале PLOS ONE.