El investigador postdoctoral de la Universidad Rice Hongbo Ma sostiene arena del río Mississippi, izquierda, y limo del Río Amarillo de China. Ma dirigió un estudio que mostró que el tamaño de las partículas controla cómo el sedimento se mueve en los ríos que fluyen cambia drásticamente cuando los granos tienen un tamaño de aproximadamente 150 micrones. Crédito:Universidad de Rice
El río puede enfurecerse 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 del grano de los sedimentos del lecho del río ejerce un control extraordinario sobre la cantidad de material que se transportará río abajo. nutritivos deltas y costas.
Un 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 breve, algunos granos de sedimento de más de 150 micrones (considerados arena fina) se mueven a lo largo del lecho del río y algunos quedan suspendidos en la corriente. Los granos más finos se elevan completamente al agua corriente y se mueven mucho más rápido hacia la desembocadura de un río. Allí, pueden cambiar rápidamente el paisaje y generar deltas mientras suministran sedimentos a las costas.
Los investigadores se sorprendieron al descubrir que el tamaño del grano domina la forma de transporte, independientemente de la velocidad con la que fluye el río. según su informe en el procedimientos 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 unas de otras, "Dijo Nittrouer." Pero la realidad es que hay diferencias de escala fina entre los dos que ofrecen enormes cambios en la cantidad de material movido. A menudo consideramos que el mundo es un lugar lineal, pero si cambia el tamaño de grano solo una pequeña fracción, de repente cambia el volumen de material transportado de 10 a 20 veces ".
Los investigadores de la Universidad de Rice Hongbo Ma, izquierda, y Jeffrey Nittrouer, un profesor asistente de la Tierra, ciencias ambientales y planetarias, dirigió un estudio que encontró una ruptura brusca en las características del mecanismo de transporte de arena y limo en los lechos de los ríos. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
El material relativamente grueso se asocia con grandes dunas de arena que hacen que los lechos de los ríos sean ásperos y proporcionan una fricción que limita la cantidad de energía disponible para mover los sedimentos. él dijo.
Pero limo y arena muy fina, transportado mediante suspensión, construir largo, dunas bajas que reducen la energía consumida por fricción y facilitan altas tasas de transporte de sedimentos. "La suspensión directa permite que se utilice más energía del flujo para transportar el material sedimentario, "Dijo Nittrouer.
El flujo de sedimentos altera las costas, deltas y el curso de los propios ríos. "Nuestra capacidad para predecir cómo se mueve el sedimento de grano fino en diferentes entornos ha sido muy limitada, "Ma dijo." Básicamente nos propusimos simplificar todo el sistema ".
Dijo que los algoritmos anteriores proporcionaron soluciones de mosaico que se aplicaban a partículas grandes de arena o limo, pero no tenían en cuenta lo que se suponía que era una transición gradual de un medio de transporte al otro. "Nos sorprendió descubrir que no hay una transición continua entre ellos, ", dijo." Resulta que en cierto punto, de repente pasan a otro estado ".
Ma construyó 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).
"Básicamente, Hongbo ha tomado una gran base de datos y la ha utilizado 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 entornos y condiciones de frontera dados.
Aproximadamente mil millones de toneladas de sedimentos fluyen al delta del río Amarillo de China cada año. El río fue estudiado de cerca por los científicos de la Universidad de Rice y sus colegas, quien encontró un algoritmo de transporte universal para explicar que el tamaño de las partículas ejerce un gran control sobre cómo se mueven los sedimentos, independientemente del caudal del río. Crédito:Wikipedia Commons
"Eso influye mucho en cómo entendemos el movimiento del material en la Tierra, ejemplificado por ríos de grano fino como el río Amarillo, " él 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 artículo reciente dirigido por el estudiante 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, las formas del lecho en los canales:podemos usar modelos inversos para determinar cómo eran las condiciones de transporte en el pasado, "Eso se relaciona íntimamente con las condiciones ambientales que estaban presentes dentro de esa región en algún momento dado".
Señaló que el límite sorprendente puede reflejar fuerzas aún mayores que operan en la naturaleza. "Puedes presionar a la naturaleza durante tanto tiempo y luego, una vez que cruzas algún umbral, comienzan a ocurrir cambios importantes, "La gente está tratando de averiguar dónde existen estos umbrales en términos de perturbaciones climáticas y cambio climático", dijo.
"Este es un ejemplo demostrable de un umbral en la naturaleza, un pequeño cambio que puede provocar grandes, " él dijo.
