رودخانه‌ها، گدازه‌ها و یخ‌ها در منظره‌های طبیعی مسیرهایی پیچ‌وتاب‌دار و پرپیچ‌وخم ایجاد می‌کنند. در نگاه اول، این پیچ‌وخم‌ها مشابه به نظر می‌رسند.
اما یک مطالعه جدید از محققان دانشگاه تگزاس در آستین نشان می‌دهد که رودخانه‌ها به شیوه‌ای متفاوت از کانال‌های گدازه‌ای یا یخی، خم‌های خود را شکل می‌دهند.
علم پشت پیچ‌وخم‌های رودخانه‌ها
نیروهای دقیقی که این کانال‌ها را شکل می‌دهند، هنوز کاملاً شناخته نشده‌اند. بااین‌حال، تحقیقات گذشته نشان می‌دهد که تعامل بین سیال و زمین اطراف آن نقش مهمی در این فرآیند دارد.
این مطالعه با بررسی هزاران پیچ که توسط فرآیندهای طبیعی مختلف شکل گرفته‌اند، بر این ایده‌ها بنا شده است.
در رودخانه‌ها، نیروی گریز از مرکز عامل اصلی در شکل‌گیری خم‌هاست. آب در لبه بیرونی یک پیچ با سرعت بیشتری حرکت می‌کند و در لبه داخلی کندتر جریان دارد.
این تفاوت سرعت باعث فرسایش در سواحل بیرونی و رسوب‌گذاری در سواحل داخلی می‌شود، که به‌تدریج منجر به افزایش خمیدگی رودخانه‌ها می‌گردد.
اما کانال‌های گدازه‌ای و یخی رفتاری متفاوت دارند. این کانال‌ها از طریق ذوب‌شدن فرسایش پیدا می‌کنند، نه از طریق حمل و رسوب‌گذاری رسوبات.
به دلیل این تفاوت، فرسایش عمدتاً در لبه بیرونی پیچ اتفاق می‌افتد و منجر به خم‌های کوچک‌تری در مقایسه با رودخانه‌ها می‌شود.
تیم گودج (Tim Goudge)، یکی از نویسندگان این مطالعه و استادیار دانشکده علوم زمین جکسون، می‌گوید:
«این تفاوت فرصتی عالی برای ما ایجاد می‌کند تا ببینیم آیا شکل یا اندازه خم‌ها در رودخانه‌ها واقعاً با خم‌های موجود در کانال‌های گدازه‌ای یا یخی متفاوت است یا نه.»
پیامدهای این تحقیق فراتر از زمین
این پژوهش می‌تواند به دانشمندان در تجزیه‌وتحلیل کانال‌های پرپیچ‌وخم در سیارات و قمرهای دیگر کمک کند، جایی که منشأ مایعات ناشناخته است.
بدون دسترسی مستقیم به این کانال‌ها، شکل آن‌ها ممکن است سرنخ‌هایی درباره نحوه تشکیل‌شان ارائه دهد.
این مطالعه که در مجله Geology منتشر شده، توسط خوان واسکز (Juan Vazquez)، دانش‌آموخته مقطع کارشناسی دانشکده جکسون در سال ۲۰۲۴، هدایت شد.
او به همراه گودج هزاران پیچ در رودخانه‌های زمین، کانال‌های گدازه‌ای روی ماه و کانال‌های یخی روی یخچال‌های طبیعی را بررسی کرد.
در ابتدا، واسکز تصور می‌کرد که در تجزیه‌وتحلیل داده‌ها دچار اشتباه شده است. اما خیلی زود متوجه شد که خم‌های رودخانه‌ها به‌طور قابل‌توجهی شدیدتر از خم‌های گدازه و یخ هستند.
واسکز توضیح می‌دهد:
«ما متوجه شدیم که پارامترهای کدی که برای کانال‌های گدازه‌ای روی ماه تنظیم کرده بودیم، برای رودخانه‌های زمین جواب نمی‌دهند. در آن لحظه بود که فهمیدیم این مشکل از کد نیست، بلکه تفاوت بنیادی در دامنه خم‌هاست.»
شناسایی منشأ کانال‌ها
مطالعه همچنین نشان داد که کانال‌های گدازه‌ای و یخی در مقایسه با رودخانه‌ها، نسبت بیشتری از خم‌هایی دارند که به سمت پایین‌دست امتداد می‌یابند.
این الگو می‌تواند به تمایز انواع مختلف کانال‌ها در اجرام سیاره‌ای مانند تایتان، بزرگ‌ترین قمر زحل، کمک کند.
روی زمین، دانشمندان می‌توانند با مشاهده مایعات یا مطالعه شواهد زمین‌شناسی، منشأ یک کانال را تشخیص دهند.
اما در تایتان، اتان و متان مایع از میان یخ جریان می‌یابند، که تعیین نحوه تشکیل کانال‌ها را دشوار می‌کند—آیا آن‌ها مانند رودخانه‌ها شکل گرفته‌اند یا از طریق ذوب و انحلال؟
مریخ نیز چالش مشابهی دارد.
چند میلیارد سال پیش، این سیاره دارای رودخانه‌های جاری و آتشفشان‌های فعال بود. امروزه، کانال‌های پیچ‌وتاب‌دار در کناره‌های آتشفشان‌های مریخی دیده می‌شوند. برخی دانشمندان معتقدند این کانال‌ها ناشی از جریان گدازه هستند، درحالی‌که برخی دیگر بر این باورند که آن‌ها از ذوب شدن برف به وجود آمده‌اند.
گودج می‌گوید:
«بر روی دامنه‌های آتشفشان‌های مریخی، این کانال‌های مارپیچ وجود دارند. برخی از آن‌ها را به‌عنوان کانال‌های آتشفشانی و برخی دیگر را به‌عنوان رودخانه‌هایی که از ذوب شدن برف ایجاد شده‌اند، تفسیر می‌کنند. ما می‌گوییم از آنجایی که خم‌های کانال‌های آتشفشانی بسیار متمایز هستند، می‌توان با اندازه‌گیری این کانال‌ها، منشأ آن‌ها را مشخص کرد.»
تحقیقات آینده درباره الگوهای خم‌های رودخانه‌ای
گودج هشدار می‌دهد که نباید از این پژوهش به‌عنوان یک قانون قطعی برای تشخیص منشأ کانال‌ها استفاده کرد.
کانال‌های طبیعی، چه توسط رودخانه، گدازه یا یخ ایجاد شده باشند، می‌توانند به‌طور گسترده‌ای تحت تأثیر شرایط محیطی مختلف قرار گیرند. به همین دلیل، این روش همیشه پاسخ قطعی ارائه نمی‌دهد.
قبل از اینکه دانشمندان بتوانند با اطمینان از این یافته‌ها برای تعیین اینکه آیا یک کانال توسط آب، گدازه یا یخ ایجاد شده است، استفاده کنند، به جمع‌آوری داده‌های بیشتری نیاز دارند.
مطالعات بیشتر و تجزیه‌وتحلیل کانال‌های اضافی ضروری است تا اعتبار این روش تأیید شود.
با تکمیل این تحقیقات، دانشمندان ممکن است به روشی جدید برای مطالعه سطوح سیاره‌ای دست یابند که به آن‌ها در رمزگشایی تاریخچه جهان‌های دوردست کمک کند.
این مطالعه در مجله Geology منتشر شده است.
