Terwijl tektonische platen langs elkaar glijden, de rivieren die breuklijnen kruisen, veranderen van vorm. De verschuivende grond rekt de rivierkanalen uit totdat het water zijn loop breekt en op nieuwe paden stroomt.

In een studie gepubliceerd op 9 juli in Wetenschap , onderzoekers van UC Santa Cruz hebben een model gemaakt dat dit proces helpt voorspellen. Het biedt een brede context voor hoe rivieren en breuken op elkaar inwerken om de nabijgelegen topografie vorm te geven.

De groep was oorspronkelijk van plan om de San Andreas-breuk in de Carrizo-vlakte van Californië te gebruiken om te bestuderen hoe breukbewegingen de landschappen in de buurt van rivieren vormen. Maar na urenlang luchtfoto's en topografische gegevens op afstand te hebben bekeken, hun begrip van hoe het terrein evolueert begon te veranderen. Ze realiseerden zich dat rivieren een actievere rol spelen bij het vormgeven van het gebied dan ooit werd gedacht.

"De rivieren zijn hun eigen kleine beesten, en ze werken op een heel interessante manier samen met de kinematica en de beweging langs deze fouten, " zei Kelian Dascher-Cousineau, seismologie Ph.D. student aan UC Santa Cruz en hoofdauteur van het onderzoek.

Naarmate de offset van een fout groter wordt, het verlengt rivierkanalen en vertraagt ​​de waterstroom. Met lagere snelheden, de rivier vervoert minder sediment. Het materiaal stapelt zich op en blokkeert uiteindelijk het pad, het water dwingen om van koers te veranderen in een proces dat bekend staat als avulsie.

Deze omleiding gebeurt snel, en de onverwachte overstromingen kunnen gemakkelijk destructief worden voor nabijgelegen gemeenschappen.

De afgelopen jaren, geomorfologen hebben een duidelijker beeld gekregen van hoe deze avulsies in verschillende soorten rivieren plaatsvinden. Maar het identificeren van langetermijnpatronen in de manier waarop rivieren reageren op breukbewegingen blijkt nog steeds een uitdaging.

"Je kunt kanalen niet echt duizenden jaren achter elkaar observeren, " zei Dascher-Cousineau. Om dat onvermogen te compenseren, de onderzoekers gebruikten het goed bestudeerde verleden van de San Andreas-breuk op de Carrizo-vlakte om hun model te testen.

"We hebben een geschiedenis die we eigenlijk heel goed kennen van de aardbevingen, en we kunnen dat gebruiken als een natuurlijk experiment om te zien wat de kanalen doen over deze geomorfologisch relevante tijdschalen, zei Dascher-Cousineau.

De groep onderzocht nauwkeurig afbeeldingen en kaarten van de Carrizo-vlakte en begon complexe modellen van rivierstroming en sedimenttransport te testen. Ze verwijderden langzaam variabelen, uiteindelijk het identificeren van de belangrijkste elementen in het systeem. Het resulterende model introduceert een nieuw kader voor het denken over hoe rivieren en actieve breuklijnen op elkaar inwerken.

"De meeste seismologen zijn doorgaans van mening dat het aardoppervlak een passief ding is dat alleen reageert op de breuk, " zei Noah Finnegan, hoogleraar Aard- en planetaire wetenschappen aan UC Santa Cruz en co-auteur van het onderzoek.

"Dit document omarmde het feit dat rivieren voortdurend veranderen en was in staat om aan te tonen dat de co-evolutie van de breukverschuiving en de rivier ons informatie geeft die we eerder niet konden krijgen, " zei hij. "Je krijgt een beter begrip van hoe het systeem werkt door te erkennen dat daar een interessante koppeling gaande is."

Naast het voorspellen wanneer rivieren die breuken oversteken hun oorspronkelijke kanalen zullen verlaten, het model kan wetenschappers ook helpen inschatten hoe snel de zijkanten van een fout langs elkaar bewegen - een belangrijke vraag voor veel seismologen die moeilijk nauwkeurig te meten kan zijn.

"Als je iets weet over hoe de rivier werkt, je kunt kwantitatieve beperkingen krijgen op de mate van slip op de fout, wat een gemeenschappelijk doel is van onderzoek naar fouten, "zei Finnegan. "Als alternatief, als u iets weet over de snelheid waarmee de fout wegglijdt, kun je iets leren over hoe efficiënt de rivier is in het verplaatsen van sediment, dat is een fundamentele vraag in bijna elke studie van rivieren en is bijna onmogelijk om op een echt nauwkeurige manier te weten."

Hoewel het complexe vragen behandelt, het model zelf is verrassend eenvoudig.

"Zoals bij veel ontdekkingen, als je het eenmaal op de juiste manier ziet, er is ongelooflijke eenvoud, "zei Finnegan. "Ik zal nooit meer op dezelfde manier naar deze landschappen kijken."

De groep creëerde het model terwijl ze volledig virtueel werkten - een uitdaging die volgens Finnegan creativiteit inspireerde.

"We werden gedwongen om naar topografische gegevens en luchtfoto's op afstand te kijken die ons hier op een meer synoptische manier over deden nadenken, " hij zei.

Hoe het model in verschillende regio's zal passen en de fout op grotere schaal valt nog te bezien.

"We hebben de verzameling fysica geschetst die in één reeks omstandigheden zou moeten werken, " zei Dascher-Cousineau. Vervolgens, ze zullen hun aandacht richten op nieuwe soorten topografie.