Исследователи находят общий угол и точку перелома ветвления долинных сетей

Две исследовательские группы из Массачусетского технологического института (MIT) представили математические объяснения различных характеристик речных и долинных сетей. В работе, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа Дэна Ротмана сформулировала теорию, предсказывающую общий угол ветвления долин. В средах, где эрозия обусловлена просачиванием грунтовых вод, теория предсказывает угол ветвления в 72 градуса. Проверка на 5000 точках ветвления во Флоридском выступе (Florida Panhandle) подтвердила этот результат.

В отдельном исследовании, опубликованном в Nature, группа Тейлора Перрона с помощью математической модели определила точку перелома, при которой реки начинают ветвиться. Модель показала, что форма речной сети определяется балансом между двумя силами: скоростью речной эрозии (инцизии) и скоростью сползания почвы (ползучести), которая заполняет долины. При достижении определенного порога речной бассейн с одним руслом превращается в разветвленную сеть притоков.

«Мы используем математику, чтобы ускорить время и понять, как эти системы развиваются», — говорит Тейлор Перрон. Модель также объясняет, почему речные бассейны в разных ландшафтах (например, на плато Аллегейни в Пенсильвании и на возвышенности Габилан в Калифорнии) начинают ветвиться при разных масштабах, в зависимости от климата и типа пород. Эти исследования предоставляют физическое объяснение геометрии речных сетей на основе простых концепций, что важно для прогнозирования эволюции ландшафтов.