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科學模型幫忙預測水系未來變動

  江河是天然的分界線,但江河川流不息,卻非亙古不變。瑞士和美國研究人員7日說,他們設計了一個可預測水系未來變動的模型,而了解水系的穩定性對未來的生態學及環境保護具有重要意義。

  這一研究成果發表在新一期美國《科學》雜志上。參與研究的瑞士蘇黎世聯邦理工學院博士生陳嘉俞對新華社記者說,從高空往下看,河流就像無數樹木覆蓋著陸地的表面,這些河流的枝干夜以繼日刻畫著地表的山與谷。而河流能維持在目前的位置多久,卻是科學界一直未能回答的重要問題。

  陳嘉俞及其同事開發的預測模型把重點放在分水線上。分水線是流域四周不同水流方向的界線,分水線兩側的降水分別注入兩個流域,如秦嶺的山脊線即是長江和黃河的分水線。如果在分水線某一側河流的侵蝕速率快于分水線另一側,則會導致地貌不平衡,分水線就必須變化以重新達到平衡。

  但直接測量各河流的侵蝕速率并不是件容易的事,有些缺乏定年材料的地區速率更無從得知。由于河流的侵蝕速率與其集水區的面積和河道的坡度有關,而這些信息可以輕易地從地形數據分析獲得,他們利用此關聯并假設河流的侵蝕速率與地表的抬升速率相等,推算河流平衡時的理論高度。若一分水線處于穩定狀態,則其兩側河流此高度將會相等,否則會有差異,藉由此高度的差異,即可得知河流未來移動的方向。

  研究人員挑選了中國大陸的黃土高原和臺灣中央山脈東翼,以及美國東南岸3個地區驗證這一模型。研究表明,黃土高原上匯入黃河的兩條支流及其周圍地貌似乎已經變得相對穩定;而在年輕且地殼構造運動活躍的臺灣中央山脈東翼一些地區,以及美國東南岸的一些河流網絡,仍處于不斷變動之中。

  陳嘉俞說,此研究發現,河流的變動比過去所想象的還要活躍,這一模型使“我們能夠知道一地的地貌是否達到平衡狀態,找到過去曾發生變動但尚未達到平衡的地區,以及預測未來變動的方向,并可應用在構造運動、氣候、河流生態學、物種遷移及生態系統演變等與地形相關的研究上”。


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