O pesquisador de pós-doutorado da Rice University, Hongbo Ma, detém areia do rio Mississippi, deixou, e lodo do Rio Amarelo da China. Ma liderou um estudo que mostrou que o tamanho das partículas controla como os sedimentos se movem nos rios que correm muda drasticamente quando os grãos têm cerca de 150 mícrons de tamanho. Crédito:Rice University
O rio pode irromper ou rolar suavemente, mas no final a areia e o lodo terão seu caminho.
Cientistas da Terra da Rice University e seus colegas definiram um ponto de interrupção surpreendente em que o tamanho do grão do sedimento do leito do rio exerce um controle extraordinário sobre a quantidade de material que será transportado rio abaixo, alimentando deltas e litorais.
Um novo trabalho liderado pelo geólogo costeiro de Rice, Jeff Nittrouer, e pelo pesquisador de pós-doutorado Hongbo Ma, traz décadas de experimentos e observações de campo em foco, mostrando que areia e silte mudam repentinamente de um meio de transporte para outro.
Resumidamente, alguns grãos de sedimento com mais de 150 mícrons (considerada areia fina) movem-se ao longo do leito do rio e alguns ficam suspensos na corrente. Os grãos mais finos são completamente levantados na água corrente e se movem muito mais rápido em direção à foz de um rio. Lá, eles podem mudar rapidamente a paisagem e gerar deltas ao mesmo tempo em que fornecem sedimentos ao litoral.
Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que o tamanho do grão domina a forma de transporte, independentemente da velocidade do rio, de acordo com seu relatório no Proceedings of the National Academy of Sciences , que ganhou o "Prêmio de Melhor Artigo" deste ano da Associação Internacional da Juventude Chinesa em Ciências da Água.
"A maioria das pessoas olha para o lodo e para a areia e diz que essas coisas são terrivelmente próximas umas das outras, "Nittrouer disse." Mas a realidade é que existem diferenças de escala fina entre os dois que oferecem mudanças enormes na quantidade de material movido. Muitas vezes consideramos o mundo como um lugar linear, mas se você alterar o tamanho do grão por apenas uma pequena fração, você muda repentinamente o volume de material transportado em 10 a 20 vezes. "
Pesquisadores da Rice University Hongbo Ma, deixou, e Jeffrey Nittrouer, um professor assistente da Terra, ciências ambientais e planetárias, conduziram um estudo que encontrou uma quebra brusca nas características do mecanismo de transporte de areia e silte em leitos de rios. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
O material relativamente grosso está associado a grandes dunas de areia que tornam os leitos dos rios ásperos e fornecem atrito que limita a quantidade de energia disponível para mover os sedimentos, ele disse.
Mas lodo e areia muito fina, transportado via suspensão, construir muito, dunas baixas que reduzem a energia consumida pelo atrito e facilitam altas taxas de transporte de sedimentos. “A suspensão direta permite que mais da energia do fluxo seja utilizada no transporte do material sedimentar, "Disse Nittrouer.
O fluxo de sedimentos altera as linhas costeiras, deltas e o curso dos próprios rios. "Nossa capacidade de prever como os sedimentos de baixa granularidade se movem em diferentes ambientes tem sido muito limitada, "Disse Ma." Basicamente, pretendíamos simplificar todo o sistema. "
Ele disse que algoritmos anteriores forneciam soluções de patchwork que se aplicavam a grandes partículas de areia ou lodo, mas não levavam em conta o que foi considerado uma transição gradual de um meio de transporte para o outro. "Ficamos surpresos ao descobrir que não há transição contínua entre eles, "disse ele." Acontece que, a certa altura, eles repentinamente mudam para outro estado. "
Ma construiu o algoritmo de transporte universal depois de considerar quase 2, 000 conjuntos de dados de transporte de sedimentos de várias décadas de pesquisas publicadas, junto com as próprias observações de sua equipe, particularmente por meio de um estudo apoiado pela National Science Foundation do Rio Amarelo da China (também conhecido como Rio Huanghe).
"Hongbo basicamente pegou um grande banco de dados e o usou para fundamentar um novo algoritmo que permite um espectro de tamanhos de grãos, "Nittrouer disse." Isso nos permite fazer previsões sobre quanto e para onde a areia ou silte deve se mover sob a influência de determinados ambientes e condições de contorno.
Cerca de um bilhão de toneladas de sedimentos fluem para o delta do Rio Amarelo na China a cada ano. O rio foi estudado de perto por cientistas da Rice University e seus colegas, que encontrou um algoritmo de transporte universal para explicar que o tamanho das partículas exerce grande controle sobre como os sedimentos se movem, independentemente do fluxo do rio. Crédito:Wikipedia Commons
"Isso tem muito a ver com a forma como entendemos o movimento do material na Terra, como exemplificado por rios de grãos finos como o Rio Amarelo, " ele disse.
O Rio Amarelo é conhecido por enviar cerca de um bilhão de toneladas de sedimentos a cada ano para o mar. O laboratório Rice já usou seu novo algoritmo para prever mudanças no delta do rio Amarelo, cujos resultados aparecem em um artigo recente liderado pelo estudante de graduação Andrew Moodie, também co-autor do novo estudo.
Nittrouer sugeriu que o algoritmo poderia ter ampla aplicação na Terra e além.
"Se quisermos entender quanto material está se movendo em um planeta como Marte ou a estrutura do sistema que transportou esse material - as dimensões do canal, as formas do leito nos canais, podemos usar a modelagem inversa para determinar como eram as condições de transporte no passado, "disse ele." Isso está intimamente ligado às condições ambientais que estavam presentes naquela região em um determinado momento. "
Ele observou que a fronteira surpreendente pode refletir forças ainda maiores em ação na natureza. "Você pode empurrar a natureza por tanto tempo e então, uma vez que você cruza algum limiar, grandes mudanças começam a acontecer, "disse ele." As pessoas estão tentando descobrir onde existem esses limites em termos de perturbações e mudanças climáticas.
"Portanto, este é um exemplo demonstrável de um limite na natureza, uma pequena mudança que pode provocar grandes mudanças, " ele disse.
