El río puede ponerse furioso o rodar suavemente, pero al final la arena y el limo se saldrán con la suya.
Los científicos de la Tierra de la Universidad de Rice y sus colegas han definido un sorprendente punto de ruptura en el que el tamaño de grano del sedimento del lecho del río ejerce un control extraordinario sobre la cantidad de material que se transportará río abajo, alimentando deltas y costas.
Nuevo trabajo dirigido por el geólogo costero de Rice Jeff Nittrouer y el investigador postdoctoral Hongbo Ma enfoca décadas de experimentos y observaciones de campo al mostrar que la arena y el limo cambian repentinamente de un medio de transporte a otro.
En resumen, algunos granos de sedimento de más de 150 micras considerada arena fina se mueven a lo largo del lecho del río y algunos están suspendidos en la corriente. Los granos más finos se levantan completamente en el agua que fluye y se mueven mucho más rápido hacia la desembocadura del ríoAllí, pueden cambiar rápidamente el paisaje y generar deltas mientras suministran sedimentos a las costas.
Los investigadores se sorprendieron al descubrir que el tamaño de grano domina la forma de transporte, independientemente de la velocidad del flujo del río, según su informe en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , que ganó el "Premio al mejor artículo de este año" de la Asociación Internacional de Jóvenes Chinos en Ciencias del Agua.
"La mayoría de la gente mira el limo y la arena y dice que estas cosas están muy cerca una de la otra", dijo Nittrouer. "Pero la realidad es que hay diferencias a pequeña escala entre los dos que ofrecen enormes cambios en la cantidad de material movidoA menudo consideramos que el mundo es un lugar lineal, pero si cambia el tamaño del grano en solo una pequeña fracción, cambia de repente el volumen de material transportado entre 10 y 20 veces ".
El material relativamente grueso está asociado con grandes dunas de arena que agitan los cauces de los ríos y proporcionan una fricción que limita la cantidad de energía disponible para mover los sedimentos, dijo.
Pero el limo y la arena muy fina, transportados por suspensión, construyen dunas largas y bajas que reducen la energía consumida por la fricción y facilitan las altas tasas de transporte de sedimentos. "La suspensión directa permite que se utilice más energía del flujo para transportar el material sedimentario,"Nittrouer dijo.
El flujo de sedimentos altera las costas, los deltas y el curso de los ríos. "Nuestra capacidad para predecir cómo se mueve el sedimento de grano fino en diferentes entornos ha sido muy limitada", dijo Ma. "Básicamente nos propusimos simplificar todo el sistema".
Dijo que los algoritmos anteriores proporcionaron soluciones de mosaico que se aplicaron a partículas de arena grandes o limo, pero no explicaron lo que se suponía que era una transición gradual de un medio de transporte a otro ". Nos sorprendió descubrir que no hay continuostransición entre ellos ", dijo." Resulta que en cierto punto, de repente hacen la transición a otro estado ".
Ma creó el algoritmo de transporte universal después de considerar casi 2.000 conjuntos de datos de transporte de sedimentos de varias décadas de investigación publicada, junto con las propias observaciones de su equipo, particularmente a través de un estudio respaldado por la National Science Foundation del río Amarillo de China también conocido como el río Huanghe.
"Hongbo esencialmente tomó una gran base de datos y la usó para establecer un nuevo algoritmo que permite un espectro de tamaños de grano", dijo Nittrouer. "Nos permite hacer predicciones sobre cuánto y dónde debe moverse la arena o el limo bajo la influencia".de ambientes dados y condiciones de frontera.
"Eso tiene mucha relación con la forma en que entendemos el movimiento del material en la Tierra, como lo demuestran los ríos de grano fino como el Río Amarillo", dijo.
Se sabe que el río Amarillo envía alrededor de mil millones de toneladas de sedimentos cada año hacia el mar. El laboratorio de Rice ya ha utilizado su nuevo algoritmo para predecir cambios en el delta del río Amarillo, cuyos resultados aparecen en un documento reciente dirigido porestudiante graduado Andrew Moodie, también coautor del nuevo estudio.
Nittrouer sugirió que el algoritmo podría tener una amplia aplicación en la Tierra y más allá.
"Si queremos entender cuánto material se mueve en un planeta como Marte o la estructura del sistema que transportó ese material - las dimensiones del canal, la cama se forma en los canales - podemos usar el modelado inverso para determinar quélas condiciones de transporte eran como en el pasado ", dijo." Eso se relaciona íntimamente con las condiciones ambientales que estaban presentes dentro de esa región en algún momento ".
Señaló que el límite sorprendente puede reflejar fuerzas aún mayores en el trabajo en la naturaleza. "Puedes empujar a la naturaleza por tanto tiempo y luego, una vez que cruzas un umbral, comienzan a ocurrir cambios importantes", dijo. "La gente está tratando de imaginardonde estos umbrales existen en términos de perturbaciones climáticas y cambio climático.
"Así que este es un ejemplo demostrable de un umbral en la naturaleza, un pequeño cambio que puede provocar grandes", dijo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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