Как образуются речные системы
После того как дождевая вода попала на наклонную поверхность вроде склона горы или холма, она течёт к низине. Поток размывает камень и почву, расширяя и углубляя впадину. Этот процесс (он называется переуглублением русла) характеризуется жестокой борьбой и даже в каком-то смысле каннибализмом: по мере углубления мелкие ручейки растут и поглощают друг друга, формируя притоки. Непосвящённый может подумать, что углубление может продолжаться бесконечно, однако существует такое понятие, как ползучесть почвы, в результате чего все впадины медленно, но верно заполняются.
Учёные вот уже более века знают обо всех этих процессах, но до сих пор не удаётся рассчитать относительную значимость каждого из них и понять, как они сочетаются, формируя в одних местах рукава, а в других - нет, поясняет ведущий автор нового исследования Тейлор Перрон из Массачусетского технологического института (США).
Он и его коллеги рассудили, что должен существовать некий "переломный момент" во взаимодействии углубления и движения почвы. Ниже этого порога притоки не формируются, а выше него реки начинают захватывать потоки поменьше и создавать сеть притоков. Для проверки этой гипотезы исследователи сравнили калифорнийскую долину Салинас с Аллеганским плато на юго-западе Пенсильвании. Эти регионы многим схожи: площади обоих равны примерно 25 км², там тысячи речных бассейнов. В то же время калифорнийские речные системы разветвлены вчетверо сильнее. При этом ни одна из областей не имеет никакого отношения к тектоническим разломам и складкам, что позволяет измерять углубление русла и текучесть почвы без учёта прочих переменных.
Составив карты рек обоих регионов, учёные разработали математическую модель с уравнениями для ползучести почвы и переуглубления русла рек, окружённых высокими горными хребтами. Затем модель подтасовывали так и этак, пока не получили похожую на реальность картину. Оказалось, что критической точкой становится превосходство процессов углубления над движением почвы на 250−300 единиц. Выше этого значения реки поглощают друг друга, формируя притоки, а ниже его реки постепенно теряют силу, и вместо притоков появляются самостоятельные реки.
Разумеется, вне модели осталось множество факторов: количество осадков, трещины в породе, различия в типах пород и пр.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.