Местоположение водоразделов определяет, как вода течёт по ландшафту. Новое исследование показало, насколько быстро эти особенности могут смещаться, когда в регионе с обычно сухим климатом становится немного влажнее.
Учёные использовали комбинацию полевых наблюдений, датировки отложений и численного моделирования, чтобы показать, как речная система в израильской пустыне Негев резко реагировала на известные влажные периоды. Водоразделы, которые перемещались со средней скоростью 1,1 километра (0,7 мили) за миллион лет в течение изучаемого интервала, останавливались и набирали скорость в соответствии с известными изменениями климата в регионе.
«Насколько мне известно, это первое исследование, в котором напрямую измеряются скорости перемещения водоразделов», — сказал Микаэль Аттал, геоморфолог из Эдинбургского университета в Шотландии, который не участвовал в исследовании. «Это важно, потому что миграция водоразделов может иметь значение для понимания эрозии ландшафтов, нашей способности делать выводы о тектонике по топографии и управлении водными ресурсами».
**Медленное движение водоразделов, а затем сразу быстрое**
Вода, падающая на ландшафт, течёт вниз по склону, накапливается в реках и в конце концов стекает в озёра, болота или океаны. Водоразделы — это топографические границы, которые контролируют путь воды.
«Если капля воды упадёт по одну или другую сторону водораздела, она пойдёт по другому маршруту», — сказал Аттал. Он использовал Большой водораздел Северной Америки в качестве примера: «Если капля упадёт на западную сторону водораздела, она попадёт в Тихий океан; если она упадёт на другую сторону, она попадёт в Атлантический океан».
Водораздел смещается, когда реки на одной стороне хребта размывают почву быстрее, чем на другой. В ответ реки могут менять своё русло или даже направление.
Поскольку перемещение водоразделов существенно влияет на ландшафты, исследователи заинтересованы в том, как и насколько быстро это происходит. Но пока что было трудно определить скорость перемещения водоразделов в короткие промежутки времени.
«Геоморфологические маркеры, способные фиксировать прошлые местоположения водоразделов, такие как аллювиальные террасы, часто разрушаются», — объяснил Эльханана Харела, геоморфолог из Геологической службы Израиля и соавтор исследования, опубликованного в «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America».
Большая часть движения произошла в два интервала, в течение которых водораздел перемещался по ландшафту в два раза быстрее среднего темпа.
Предыдущие исследования использовали датирование космогенных нуклидов для измерения эрозии по обе стороны от водоразделов. Эти скорости эрозии вместе с другими переменными были подставлены в уравнение, которое оценивает скорость перемещения водораздела.
Однако этот подход имеет несколько недостатков. Уравнение опирается на упрощённую геометрическую модель водораздела, которая может неточно описывать конкретный участок. Кроме того, датирование космогенных нуклидов даёт усреднённые по бассейну реки скорости эрозии, которые могут не совпадать со скоростью эрозии на водоразделе. Скорости эрозии, полученные из космогенных нуклидов, также усреднены по времени, что делает невозможным отслеживание краткосрочных изменений.
Харел и его соавторы преодолели эти трудности, изучив необычно хорошо сохранившиеся речные террасы в сухой южной части пустыни Негев в Израиле. Речные террасы, созданные по мере того, как реки медленно размывали почву и оставляли после себя ступени, представляющие предыдущие уровни дна долины, являются ценными маркерами региональной геоморфологии. На участке в пустыне Негев каждая терраса фиксирует прошлое местоположение водораздела, что позволяет Харелу и другим учёным шаг за шагом проследить перемещение водораздела.
Исследователи использовали метод, называемый оптически стимулированной люминесценцией, чтобы определить время образования террас. Сопоставив даты последовательности террас, они реконструировали перемещение водораздела на 258 метров за последние 227 тысяч лет.
Они обнаружили, что большая часть движения произошла в два интервала: от 245 000 до 183 000 лет назад и от 36 000 до 26 000 лет назад, в течение которых водораздел перемещался по ландшафту в два раза быстрее среднего темпа.
**Влажный климат может способствовать быстрому перемещению**
Хотя южная часть пустыни Негев была в основном сухой в течение по крайней мере миллиона лет, её засушливое состояние время от времени прерывалось периодическими влажными периодами: один произошёл около 220 000–190 000 лет назад, а другой — между 35 000 и 20 000 лет назад. Эти периоды совпадают с интервалами быстрого перемещения водораздела.
Повышенный выветривание и время пополнения подземных вод в южном Негеве указывают на то, что в те времена происходили экстремальные штормы и наводнения.
Исследователи смоделировали физические процессы врезания рек, чтобы оценить, могут ли климатические сдвиги объяснить наблюдаемые скорости перемещения водоразделов. Они обнаружили, что сценарий, предполагающий постоянные климатические условия, не может воспроизвести их наблюдения в Негеве, но сценарий, включающий периодические климатические сдвиги, точно соответствует результатам.
«Наше исследование впервые напрямую связывает перемещение водоразделов с колебаниями климата в гораздо более короткие сроки».
Новый анализ подтверждает идею о том, что климат и количество осадков определяют изменения ландшафта. «Хотя предыдущие исследования продемонстрировали, что тектонические силы могут вызывать перемещение водоразделов в масштабе миллионов лет, наше исследование впервые напрямую связывает перемещение водоразделов с колебаниями климата в гораздо более короткие сроки», — сказал Харел.
Аттал согласился, что исследование помогает учёным понять связь между климатом и дренажными системами. «Очень интересно, что авторы обнаружили, что водораздел имеет тенденцию перемещаться толчками во время влажных периодов», — сказал он.
Эти знания могут приобретать всё большее значение, поскольку экстремальные погодные явления, такие как сильные дожди, штормы и наводнения, становятся всё более распространёнными из-за изменения климата. На равнинных территориях с обилием рыхлых отложений сильные наводнения могут изменить направление рек и сдвинуть водоразделы, вызывая необратимые изменения ландшафта.
«Я думаю, что эта работа подчёркивает, что некоторые ландшафты могут быть очень чувствительны к изменению климата», — сказал Аттал.