När tektoniska plattor glider förbi varandra, floderna som korsar fellinjer ändrar form. Den skiftande marken sträcker sig över flodkanalerna tills vattnet bryter loppet och rinner ut på nya stigar.

I en studie publicerad 9 juli i Vetenskap , forskare vid UC Santa Cruz skapade en modell som hjälper till att förutsäga denna process. Det ger ett brett sammanhang för hur floder och fel interagerar för att forma den närliggande topografin.

Gruppen planerade ursprungligen att använda San Andreas -felet i Carrizo -slätten i Kalifornien för att studera hur felrörelser formar landskapen nära floder. Men efter att ha spenderat timmar på att hälla över flygbilder och fjärrtopografiska data, deras förståelse för hur terrängen utvecklas började förändras. De insåg att floder spelar en mer aktiv roll i utformningen av området än man en gång trodde.

"Floderna är deras egna små djur, och de interagerar på riktigt intressanta sätt med kinematiken och rörelsen längs dessa fel, "sa Kelian Dascher-Cousineau, seismologi Ph.D. student vid UC Santa Cruz och huvudförfattare till studien.

När förskjutningen av ett fel växer, det förlänger flodkanaler och bromsar flödet av vatten. Med lägre hastigheter, floden bär mindre sediment. Materialet byggs upp och blockerar så småningom vägen, tvinga vattnet att ändra kurs i en process som kallas avulsion.

Denna avledning sker snabbt, och den oväntade översvämningen kan lätt bli destruktiv för närliggande samhällen.

Under de senaste åren, geomorfologer har fått en tydligare uppfattning om hur dessa avulsioner sker i olika typer av floder. Men att identifiera långsiktiga mönster på det sätt som floder reagerar på felrörelser visar sig fortfarande vara utmanande.

"Du kan inte riktigt se kanaler i tusentals år i taget, "sade Dascher-Cousineau. För att kompensera för den oförmågan, forskarna använde det välstuderade förflutna för San Andreas-felet vid Carrizo-slätten för att testa sin modell.

"Vi har en historia som vi faktiskt känner riktigt bra från jordbävningarna, och vi kan använda det som ett naturligt experiment för att se vad kanalerna gör över dessa geomorfologiskt relevanta tidsskalor, sa Dascher-Cousineau.

Gruppen undersökte noggrant bilder och kartor över Carrizo -slätten och började testa komplexa modeller av flodflöde och sedimenttransport. De tog långsamt bort variabler, så småningom identifieras de viktigaste elementen i systemet. Den resulterande modellen introducerar ett nytt ramverk för att tänka på hur floder och aktiva felledningar interagerar.

"De flesta seismologer har vanligtvis en uppfattning om att jordens yta är en passiv sak som bara svarar på fel, sa Noah Finnegan, professor i jord- och planetvetenskap vid UC Santa Cruz och medförfattare till studien.

"Det här dokumentet omfamnade det faktum att floder ständigt förändras och kunde visa att coevolutionen mellan felkompensationen och floden ger oss information som vi inte kunde få tidigare, "sa han." Du får en rikare förståelse för hur systemet fungerar genom att inse att det finns en intressant koppling där. "

Förutom att förutsäga när flodöverskridande floder kommer att överge sina ursprungliga kanaler, modellen kan också hjälpa forskare att uppskatta hur snabbt sidorna av ett fel rör sig förbi varandra - en viktig fråga för många seismologer som kan vara svåra att mäta exakt.

"Om du vet något om hur floden fungerar, du kan få kvantitativa begränsningar på halkfrekvensen på felet, vilket är något som är ett gemensamt mål för studier av fel, "sa Finnegan." Alternativt, om du vet något om hur snabbt felet försvinner, du kan lära dig något om hur effektiv floden är att flytta sediment, vilket är en grundläggande fråga i nästan varje studie av floder och är nästan omöjligt att veta på ett riktigt exakt sätt. "

Även om det tar upp komplexa frågor, själva modellen är förvånansvärt enkel.

"Som med många upptäckter, när du ser det på rätt sätt, det finns otrolig enkelhet, "sa Finnegan." Jag kommer aldrig att se på dessa landskap på samma sätt igen. "

Gruppen skapade modellen medan han arbetade helt praktiskt taget - en utmaning som Finnegan sa inspirerade kreativitet.

"Vi tvingades titta på fjärrtopografiska data och flygbilder som fick oss att tänka mer synoptiskt över detta, " han sa.

Hur modellen kommer att passa olika regioner och felet i större skala återstår att se.

"Vi har skisserat uppsättningen fysik som bör fungera under ett antal förhållanden, sa Dascher-Cousineau. de kommer att fokusera på nya typer av topografi.