Однако на этот процесс могут влиять дополнительные факторы
Применив графовый анализ к данным о системах водотоков в речных дельтах, ученые показали, что формирование дельтовых систем в целом подчиняется той же математической зависимости, которая связывает длину водотока с площадью водосбора, ― закону Хака. Как отмечают авторы исследования, отчет о котором опубликован в Science, проявление этой закономерности не всегда очевидно, так как картину роста дельты может осложнять целый ряд дополнительных факторов, таких как особенности ландшафта или приливное воздействие.
Дельты в устьях рек образуются благодаря отложению выносимых речными потоками осадков и состоят из дельтовых равнин и гидрографической сети ― сложно устроенной и изменчивой совокупности водотоков, или распределительных каналов. Но подробным исследованиям процессов переноса осадочного материала, формирующего дельты, мешает низкий рельеф местности: он затрудняет определение границ между областями питания ― участками дельтовой суши, где отлагаются осадки ниже точки разветвления гидрографической сети. При этом для сетей речных притоков, в целом геометрически аналогичных дельтовым системам, надежно установлено эмпирическое скейлинговое соотношение, связывающее длину самого протяженного водотока в бассейне с площадью водосборного бассейна и известное как закон Хака.
Закон Хака представляет собой степенную зависимость вида L = αAh, где L ― длина водотока, A ― площадь бассейна, а величины α и h ― эмпирические коэффициент и так называемый показатель Хака, отличающиеся для разных регионов. Показатель Хака может варьироваться в пределах от 0,5 до 0,7 в зависимости от размера бассейна, его формы, геологического строения и климата в регионе.
Для проверки гипотезы о том, что речные дельты подчиняются аналогичной закономерности, специалист по геоморфологии Тянь Дун (Tian Y. Dong) из Техасского университета долины Рио-Гранде и его коллеги из Испании и США изучили 30 дельтовых систем, различающихся площадью, морфологией, гидродинамикой и климатом. Каждую из них исследователи представили в виде ориентированного ациклического графа. Для всех узлов разветвления определили сети питания, включающие нижележащие узлы и ребра (каналы дельтовой системы), исключив из анализа узлы слияния и сети только с одним выходом. Прогнозируемый полученными моделями расход воды проверили по данным полевых измерений, что дополнительно подтвердило точность связности распределительных сетей дельт.
Всего ученые выделили 5892 области питания. Для каждой из них рассчитали площадь, а также выявили и измерили самый длинный канал от вершины источника питания до побережья. Результатом графового анализа дельтовых сетей стало обнаружение совпадающей с законом Хака глобальной степенной зависимости с показателем h, равным 0,60 ± 0,018, связывающей протяженность питающего водного канала и площадь зоны питания. Для зависимости, в которой эта площадь нормализована к общей площади дельты, а длина канала ― к ширине реки выше вершины дельты, средний показатель h составил 0,60 ± 0,020. Это говорит о том, что масштабная инвариантность полученного соотношения сохраняется в диапазоне площадей участков дельты, охватывающем почти шесть порядков.
Несмотря на статистическую строгость, нормализованное степенное соотношение продемонстрировало значительную изменчивость, что указывает на действие дополнительных факторов. Ученые проанализировали особенности каждой из 29 дельт (река Уаирау была исключена из-за недостатка данных). В 14 случаях, которые исследователи объединили в группу однородных дельтовых сетей, закон Хака выполняется точно. Такие дельты геометрически ближе всего к описываемым законом Хака системам речных притоков. Эти системы благодаря наличию топографического градиента (уклона) оптимизированы так, что водотоков, спускающихся к речной долине, всегда больше, чем текущих поперек водосборного бассейна. В этом случае показатель Хака близок к значению 0,6, а сам бассейн несколько вытянут вдоль водотока. Сужению дельтовых зон питания, то есть ограничению роста суши в дельтах, могут способствовать наличие долины и сильные волновые и приливные воздействия, которые переносят осадки вдоль оси водотока.
Во вторую группу вошли 15 дельтовых систем, получивших наименование составных, или композиционных. Здесь в границах одной области питания наблюдаются две степенных зависимости с разными показателями. Выше по течению показатель h близок к 0,5. Это означает, что пространство дельты равномерно заполнено сетью каналов, так как в составных дельтах, в отличие от однородных, водотоки часто не ограничены долинами, и их сети могут развиваться в широком диапазоне направлений, чаще всего радиально, и образуют веерообразную структуру. Ниже по течению, у побережья, значение h приближается к единице, что указывает на формирование узких, сильно вытянутых вдоль водотока зон питания. Они могут возникать при многократном разделении водотоков из-за отложения наносов на устьевых отмелях. Каналы становятся все более узкими, вследствие чего уменьшается и ширина питаемых ими областей. Авторы полагают, что дальнейшие исследования помогут уточнить влияние долин и других дополнительных факторов на развитие дельт, а также детализировать строение их подводной части.
Ранее N + 1 уже сообщал, что около трети крупных дельт быстро оседают и подвергаются риску затопления, а также рассказывал о том, что с повышением уровня моря разрушительные блуждания русел в дельтах рек будут учащаться.