Den till synes enkla frågan om vad som styr formerna på flodkanaler har varit en långvarig utmaning för geologer och civilingenjörer. En ny studie som leds av forskare vid UC Santa Cruz visar att mängden sediment en flod transporterar är en nyckelfaktor för att bestämma flodkanalens geometri och storleken på sedimentkornen på flodbädden.

Resultaten, publicerad 13 mars i Förfaranden från National Academy of Sciences , undergräva ett vanligt antagande om grusbäddade floder. Idén, stöds av årtionden av observationer, är att grusbäddade floder når en jämvikt, kallas en tröskelkanal, där medianstora korn på flodbädden bara börjar röra sig när kanalen är full ("bankfull flödet" -steget, bara översvämningar).

"Om alla kanaler är tröskelkanaler, det är bekvämt eftersom det hjälper oss att göra förutsägelser för ledningsbeslut och för modellering av landskapets utveckling, "sa författaren Allison Pfeiffer, doktorand i jord- och planetvetenskap vid UC Santa Cruz.

Men Pfeiffer fann att antagandet inte gäller för floder i regioner med höga erosionshastigheter som leder till att stora mängder sediment rör sig genom flodkanalerna. Dessa förhållanden är vanliga i brant, tektoniskt aktiva landskap som finns längs Nordamerikas västkust. När Pfeiffer analyserade data om kanalgeometrier och erosionshastigheter för grusbäddade floder i hela Nordamerika, hon fann att de flesta floder som bryter mot tröskelantagandet ligger på västkusten.

"Floder i branta landskap som Santa Cruz-bergen transporterar massor av sediment jämfört med floder i, säga, Michigan eller upstate New York, "Pfeiffer sa." Dessa floder med höga sedimenttillförsel har justerat sin geometri för att transportera sediment vid mer måttliga flöden, så det krävs ingen översvämning för att flytta mycket sediment."

Som ett resultat, sedimentet på flodbotten är mycket finare än vad tröskelkanalmodellen skulle förutsäga. Medförfattare Noah Finnegan, docent i jord- och planetvetenskap vid UC Santa Cruz, förklarade att tröskelkanaler bara kan utvecklas i miljöer där en låg sedimenttillförsel gör att de mindre kornen kan svepas bort och inte ersättas. Kvar finns ett lager av "pansar" på flodbädden som består av större korn som kanske bara rör sig vid de högsta flödeshastigheterna.

"Västkustfloder tenderar att ha ett mindre välutvecklat rustningsskikt, "Sa Finnegan." Om du ändrar sedimenttillförseln, det snabbaste att justera är kornstorleken i pansarlagret."

När han och hans elever gör mätningar i lokala floder, han sa, resultaten överensstämmer vanligtvis inte med tröskelkanalparadigmet. Pfeiffer stötte på detta under ett projekt för att förutsäga fördelningen av laxens lekhabitat i Santa Cruz-bergen. Lax behöver grus i ett visst storleksintervall för att bygga sina bon. Med hjälp av tröskelantagandet, Pfeiffers förutsägelser om grusstorlek var borta med en faktor tre.

"Det kan vara en enorm skillnad för en Coho -lax, "sa hon." Nu vet vi att sedimentförsörjningen är en nyckelfaktor som måste beaktas om vi försöker förutsäga laxens livsmiljö. "

Fynden kan också ha praktiska konsekvenser för utformningen av älvrestaureringsprojekt. Floder är självbildande system, och deras kanaler formas och reformeras med varje översvämning. Ansträngningar att påtvinga dem mänskliga mönster är inte alltid framgångsrika.

"Floder är knepiga pussel som fortsätter att ge oss nya utmaningar, "Sa Pfeiffer." Betydelsen av sedimentförsörjningen har kanske blivit underskattad. Vi har ännu inte den typ av teoretisk modell av flodkanaler som vi skulle vilja ha, men denna studie visar att sedimentförsörjningen är en variabel som måste ingå i modellen. "