Model forudsiger, hvornår floder, der krydser fejl, vil ændre kurs

Da tektoniske plader glider forbi hinanden, floderne, der krydser fejllinjer, ændrer form. Det skiftende underlag strækker flodkanalerne, indtil vandet bryder sit løb og strømmer ind på nye stier.

I en undersøgelse offentliggjort 9. juli i Videnskab , forskere ved UC Santa Cruz skabte en model, der hjælper med at forudsige denne proces. Det giver en bred kontekst til, hvordan floder og fejl interagerer for at forme den nærliggende topografi.

Gruppen planlagde oprindeligt at bruge San Andreas -fejlen i Carrizo -sletten i Californien til at studere, hvordan fejlbevægelse former landskaber nær floder. Men efter at have brugt timer på at hælde over luftfotos og fjerntopografiske data, deres forståelse af, hvordan terrænet udvikler sig, begyndte at ændre sig. De indså, at floder spiller en mere aktiv rolle i udformningen af ​​området, end man engang troede.

"Floderne er deres egne små dyr, og de interagerer på virkelig interessante måder med kinematikken og bevægelsen langs disse fejl, "sagde Kelian Dascher-Cousineau, seismologi ph.d. studerende ved UC Santa Cruz og hovedforfatter på undersøgelsen.

Når forskydningen af ​​en fejl vokser, det forlænger flodkanaler og bremser vandstrømmen. Med lavere hastigheder, floden bærer mindre sediment. Materialet bygger op og blokerer til sidst stien, tvinger vandet til at ændre kurs i en proces kendt som avulsion.

Denne afledning sker hurtigt, og den uventede oversvømmelse kan let blive ødelæggende for nærliggende samfund.

I løbet af de sidste par år, geomorfologer har fået en klarere idé om, hvordan disse avulsioner sker i forskellige typer floder. Men det er stadig udfordrende at identificere langsigtede mønstre i den måde, floder reagerer på fejlbevægelser.

"Du kan ikke rigtig observere kanaler i tusinder af år ad gangen, "sagde Dascher-Cousineau. For at kompensere for den manglende evne, forskerne brugte den velstuderede fortid ved San Andreas-fejlen ved Carrizo-sletten til at teste deres model.

"Vi har en historie, som vi faktisk kender rigtig godt fra jordskælvene, og vi kan bruge det som et naturligt eksperiment til at se, hvad kanalerne gør i løbet af disse geomorfologisk relevante tidsskalaer, "sagde Dascher-Cousineau.

Gruppen undersøgte nøje billeder og kort over Carrizo -sletten og begyndte at teste komplekse modeller af flodstrømning og sedimenttransport. De fjernede langsomt variabler, til sidst at identificere de vigtigste elementer i systemet. Den resulterende model introducerer en ny ramme for at tænke over, hvordan floder og aktive fejllinjer interagerer.

"De fleste seismologer har typisk en opfattelse af, at jordens overflade er en passiv ting, der bare reagerer på fejlen, "sagde Noah Finnegan, professor i jord- og planetvidenskab ved UC Santa Cruz og medforfatter på undersøgelsen.

"Dette papir omfavner det faktum, at floder konstant ændrer sig og var i stand til at vise, at coevolutionen mellem fejludligningen og floden giver os oplysninger, som vi ikke tidligere kunne få, "sagde han." Du får en rigere forståelse af, hvordan systemet fungerer ved at erkende, at der foregår en interessant kobling. "

Udover at forudsige, hvornår fejloverskridende floder vil opgive deres oprindelige kanaler, modellen kan også hjælpe forskere med at vurdere, hvor hurtigt siderne af en fejl bevæger sig forbi hinanden - et vigtigt spørgsmål for mange seismologer, der kan være svært at måle præcist.

"Hvis du ved noget om, hvordan floden fungerer, du kan få kvantitative begrænsninger for hastigheden af ​​slip på fejlen, hvilket er noget, der er et fælles mål for undersøgelser af fejl, "sagde Finnegan." Alternativt, hvis du ved noget om den hastighed, hvormed fejlen glider, du kan lære noget om, hvor effektiv floden er til at flytte sediment, hvilket er et grundlæggende spørgsmål i næsten alle undersøgelser af floder og er næsten umuligt at kende på en rigtig præcis måde. "

Selvom det løser komplekse spørgsmål, selve modellen er overraskende ligetil.

"Som med mange opdagelser, når du ser det på den rigtige måde, der er utrolig enkelhed, "sagde Finnegan." Jeg vil aldrig se på disse landskaber på samme måde igen. "

Gruppen skabte modellen, mens han arbejdede helt virtuelt - en udfordring, som Finnegan sagde inspirerede kreativitet.

"Vi blev tvunget til at se på fjerntopografiske data og luftbilleder, der fik os til at tænke mere synoptisk over dette, " han sagde.

Hvordan modellen vil passe til forskellige regioner og fejlen i større målestok, skal stadig ses.

"Vi har skitseret det fysik, der skal fungere under en række betingelser, sagde Dascher-Cousineau. Næste, de vil vende deres fokus til nye typer topografi.