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蜿蜒的河流让自己受到控制

点击量:   时间:2017-08-01 22:46:00

作者:Marcus Chown从密西西比河到一条平缓的溪流,蜿蜒的河流以极其不同的速度流过各种各样的地形那么为什么他们总是沿着类似的轻柔曲折的道路走剑桥大学的物理学家终于制作了一个提供答案的数学模型 - 并且不会让任何记得他们学校地理课程的人感到惊讶 Tanniemola利物浦和山姆爱德华兹说,蜿蜒的河流被驯服,被夸大的弯曲“挤压”形成牛轭湖地理学家已经观察到河流环的曲率半径相对于它们的长度总是或多或少相同;换句话说,循环是“尺度不变的”此外,河流总是在一片明确的土地上蜿蜒而不是疯狂地鞭打 “这是一个强有力的迹象,表明蜿蜒曲折并非完全自由,但在某种程度上受到限制,”最近搬到德国科隆大学的利物浦说过去尝试从流动的水的流体动力学开始,从第一原理模拟蜿蜒河流的行为,总是陷入细节成功模仿天然河流的模型必须首先假设蜿蜒是尺度不变的但利物浦和爱德华兹现在已经成功地从头开始模拟蜿蜒曲折他们首先确定了一些关键过程,然后将它们构建成一个“运动方程”,描述了河流如何在空间和时间中演化在他们的模型中,主要负责夸大蜿蜒的过程是在流动最快的弯曲外部的材料的侵蚀,以及在每个弯曲内侧的缓慢移动的水中的沉积最重要的竞争过程是熟悉的牛轭湖形成,只要弯曲弯曲到目前为止它形成一个完整的环路,允许河流夹住弯道并直接流过,就会发生这种情况 “大多数其他模型都避免了弯曲切口形成牛轭湖的问题,”剑桥大学地理学家Keith Richards说该模型中的另一个主要因素是河流行驶的地形 - 例如,地面是否能抵抗侵蚀利物浦和爱德华兹意识到河流的地形沿着它的长度变化通过不断侵蚀材料并重新沉积它,河流也不断重塑地形一旦物理学家在他们的模型中引入少量随机“噪声”,为了对应这种变化,模拟的河流总是遵循自然的,尺度不变的路径(Physical Review Letters,vol 75,p 3016)利物浦说:“这让河流可以自由地找到一个稳定的状态,其中两个关键过程 - 一个夸大弯曲的过程和一个弯曲弯曲形成牛轭湖的过程 - 完全取消了”了解蜿蜒河流的行为甚至可能带来实际好处数千年来,河流可能会沉积大量的有机物质,这些物质在沙子沉积物之间被压缩时会变成油 “因此,蜿蜒河流的行为决定了石油在石油储备中的分布情况,”利物浦说 “例如,它可能意味着地质学家不需要每隔20英里,