跳到主要内容

感谢您访问nature.com。您使用的是对CSS支持有限的浏览器版本。为了获得最好的体验，我们建议您使用最新的浏览器(或关闭Internet Explorer的兼容性模式)。同时，为了确保持续的支持，我们将在没有样式和JavaScript的情况下显示站点。

分支河网的根源

自然体积492，页面100 - 103 (2012）引用本文

主题

摘要

分支河网是地球上分布最广泛、最易识别的地貌特征之一，在太阳系的其他地方也有发现1，2．但是，人们对创造这些模式和控制其空间尺度的机制知之甚少。基于概率的理论3.，4，5或最优3.，6，7，8被证明是有用的9，但没有解释河流网络是如何随着时间的推移通过侵蚀和泥沙运输而发展的。在这里，我们展示了河流网络最上游的分支根源于两个耦合的不稳定性:首先，山谷的扩大以牺牲较小的邻居为代价，其次，扩大的山谷的山坡变得容易受到河道切口的影响。每次失稳都发生在土壤运输和河道切口特征时间尺度的临界比例上。来自两个现场的测量结果表明，我们的理论正确地预测了带有支流的最小山谷的大小。在景观解剖尺度上起主导控制作用的是河道切口强度，与干旱性和岩石软弱性相关，而不是土壤输运强度。这些结果表明，分支河网的精细结构是侵蚀力学的一个有组织的特征，而不是随机拓扑的结果。

这是订阅内容的预览，通过你所在的机构访问

相关的文章

引用本文的开放获取文章。

访问选项

买条

在ReadCube上获得时间限制或全文访问。

32.00美元

买

所有价格均为净价格。

图1:研究地点的性质。
图2:山谷网络的分支不稳定性。
图3:斜坡上初期山谷的生长速率。
图4:Péclet研究区一、二级流域数量分布。

参考文献

  1. 火星频道工作组。火星上的沟渠和山谷。青烟。Soc。点。公牛。94， 1035-1054 (1983)

  2. Tomasko, m.g.等。惠更斯号探测器降落到土卫六表面期间的雨、风和雾霾。自然438， 765-778 (2005)

    文章中科院广告PubMed谷歌学者

  3. 李波德，李国强，李国强。景观演化过程中熵的概念。人民行动党教授。我们青烟。测量员500年， 1-20 (1962)

    谷歌学者

  4. 无限拓扑随机信道网络。j .青烟。75， 178-186 (1967)

    文章广告谷歌学者

  5. 通过正向生长和分支模拟流网络。Geogr。分析的3.， 29-50 (1971)

    文章谷歌学者

  6. 最佳排水网络的理论模型。窟。Resour。Res。26， 2107-2117 (1990)

    文章广告谷歌学者

  7. 孙涛，孙文杰，孙文杰。流域最小能量耗散模型研究。理论物理。启E49， 4865-4872 (1994)

    文章中科院广告谷歌学者

  8. Rigon, R.， Rinaldo, A.， Rodriguez-Iturbe, I.， Bras, R. L. & Ijjasz-Vasquez, E.最优河道网络:流域形态研究框架。窟。Resour。Res。29， 1635-1646 (1993)

    文章广告谷歌学者

  9. Rodriguez-Iturbe, I. & Rinaldo, A.;分形流域:机会与自组织(剑桥大学出版社，2001)

    谷歌学者

  10. 吉尔伯特，G. K。亨利山脉地质报告(美国政府印刷局，1877年)

    书谷歌学者

  11. 河流及其流域的侵蚀发展:定量形态的水物理方法。公牛。青烟。Soc。点。56， 275-370 (1945)

    文章谷歌学者

  12. Willgoose, G.， Bras, R. L. & Rodriguez-Iturbe, I.流域演化新模型的结果。地球上冲浪。的过程。Landf。16， 237-254 (1991)

    文章广告谷歌学者

  13. 流域演化的分离限制模型。窟。Resour。Res。30.， 2261-2286 (1994)

    文章广告谷歌学者

  14. 杜志刚，张志刚。流域对气候变化的响应。窟。Resour。Res。33， 2031-2047 (1997)

    文章广告谷歌学者

  15. 频道网络的形成和控制。掠夺。理论物理。Geogr。4， 211-239 (1980)

    文章谷歌学者

  16. 流域地貌的定量分析。反式。点。地球物理学。联盟38， 913-920 (1957)

    文章广告谷歌学者

  17. 新泽西州柏斯安博伊荒地排水系统和斜坡的演化。青烟。Soc。点。公牛。67， 597-646 (1956)

    文章广告谷歌学者

  18. 霍顿定律的统计必然性和流通道网络的明显随机性。地质21， 591-594 (1993)

    文章广告谷歌学者

  19. 伯格，t.m.等人。宾夕法尼亚州地质图(宾夕法尼亚地质调查局，1980)

  20. 加利福尼亚南部萨利纳斯山谷地区的地质。人民行动党教授。我们青烟。测量员819， 1-111 (1974)

    谷歌学者

  21. 裴龙，J. T.基什内尔，J. W. &迪特里希，W. E.均匀间隔的脊和谷的形成。自然460， 502-505 (2009)

    文章中科院广告谷歌学者

  22. 蒙哥马利，D. R. & Dietrich, W. E.河道起始与景观尺度问题。科学255， 826-830 (1992)

    文章中科院广告PubMed谷歌学者

  23. Perron, J. T.， Dietrich, W. E. & Kirchner, J. W.对一阶谷间距的控制。j .地球物理学。Res。．113F04016,http://dx.doi.org/10.1029/2007JF000977(2008)

    广告谷歌学者

  24. 造山地貌中流域的收缩和分裂——从主要流域分水岭的迁移看。Geosci性质。2， 766-771 (2009)

    文章中科院广告谷歌学者

  25. 线性山带排水口的规则间距。盆地Res。8， 29-44 (1996)

    文章广告谷歌学者

  26. 李志强，李志强，李志强。流域演化的稳定性与质量守恒。窟。Resour。Res。8， 1506-1529 (1972)

    文章广告谷歌学者

  27. 泉，N. &帕克，G.河道化和流域形成的初始:上游驱动理论。J.流体机械。283， 341-363 (1995)

    文章广告MathSciNet数学谷歌学者

  28. 斯奈德，N. P.，惠普尔，K. X.，塔克，G. E. & Merritts, D. J.构造强迫的景观响应:北加州门多西诺三交界地区河流剖面的数字高程模型分析。青烟。Soc。点。公牛。112， 1250-1263 (2000)

    文章广告谷歌学者

  29. 费尔南德斯，n.f.和迪特里希，W. E.扩散过程的山坡演化:平衡调整的时间尺度。窟。Resour。Res。33， 1307-1318 (1997)

    文章广告谷歌学者

  30. Mitášová， H. & Hofierka, J.正则样条插值与张力:2。应用于地形建模和地表几何分析。数学。青烟。25， 657-669 (1993)

    文章谷歌学者

  31. 佩卡姆，s.d.Geomorphometry 2011(亨格尔，T.埃文斯，i.s.，威尔逊，J. P. &古尔德，M.)研究(2011);可以在http://geomorphometry.org/Peckham2011a(2011)

  32. Lashermes, B. Foufoula-Georgiou, E. & Dietrich, W. E.利用小波从高分辨率地形中提取通道网络。地球物理学。卷。．34L23S04,http://dx.doi.org/10.1029/2007GL031140(2007)

    文章谷歌学者

  33. Passalacqua, P.， Do Trung, T.， Foufoula-Georgiou, E.， Sapiro, G. & Dietrich, W. E.激光雷达信道网络提取的几何框架:非线性扩散和测地线路径。j .地球物理学。Res。．115F01002,http://dx.doi.org/10.1029/2009JF001254(2010)

  34. 在网格数字高程模型中确定流动方向和上坡面积的一种新方法。窟。Resour。Res。33， 309-319 (1997)

    文章广告谷歌学者

  35. 简森，S. K.和Domingue, J. O.从数字高程数据提取地形结构用于地理信息系统分析。Photogramm。Eng。遥感54， 1593-1600 (1988)

    谷歌学者

  36. 冈萨雷斯，r.c.，伍兹，r.e. &艾丁斯，s.l.。利用MATLAB进行数字图像处理(Pearson Prentice Hall, 2004)

    谷歌学者

  37. 迪特里希，W. E. &邓恩，T. in河道网水文学(贝文，K. &柯克比，M. J.)175-219 (Wiley & Sons, 1993)

    谷歌学者

  38. 维吉尼亚州和马里兰州纵向河流剖面的研究。人民行动党教授。我们青烟。测量员294 - b， 1-97 (1957)

    谷歌学者

  39. 塔克，G. E. & Slingerland, R.预测褶皱和冲断带的沉积物通量。盆地Res。8， 329-349 (1996)

    文章广告谷歌学者

  40. 侵蚀的分析理论。j .青烟。68， 336-344 (1960)

    文章广告谷歌学者

  41. 土壤蠕变与山坡的发展。j .青烟。71， 127-161 (1963)

    文章广告谷歌学者

  42. 退化正断层陡坡的形态年代测定。j .青烟。88， 353-360 (1980)

    文章广告谷歌学者

  43. 汉克斯，巴克南，拉乔伊，K. R. &华莱士，R. E.波切和断层控制地貌的改造。j .地球物理学。Res。89， 5771-5790 (1984)

    文章广告谷歌学者

  44. 罗森布卢姆，n.a. &安德森，r.s.在一个海洋梯田景观的山坡和水道演变，圣克鲁斯，加利福尼亚。j .地球物理学。Res。99， 14013-14029 (1994)

    文章广告谷歌学者

  45. 莫纳汉，m.c.，麦基恩，J.，迪特里希，W. &克莱因，J.。10是岩石-土壤转化率的年代学。地球的星球。科学。列托人。111， 483-492 (1992)

    文章中科院广告谷歌学者

  46. McKean, J. A.， Dietrich, W. E.， Finkel, R. C.， Southon, J. R. & Caffee, M. W.来自宇宙成因的土壤生产和下坡蠕变速率的量化10堆积物在山坡剖面上。地质21， 343-346 (1993)

    文章中科院广告谷歌学者

  47. 斯莫尔，E. E.安德森，R. S. &汉考克，G. S.利用风化层产生率的估计10是和26Al来自高山山坡。地貌学27， 131-150 (1999)

    文章广告谷歌学者

  48. 塞德尔，m.a，迪特里希，W. E. &基什内尔，J. W.基岩纵向剖面发育:夏威夷水道分析。j .青烟。102， 457-474 (1994)

    文章广告谷歌学者

  49. 用水流功率定律研究基岩河流切口的地质约束。j .地球物理学。Res。104， 4983-4994 (1999)

    文章广告谷歌学者

  50. 施奈德，N. P.，惠普尔，K. X.，塔克，G. E. &梅里茨，D. J.构造强迫的河道响应:北加州门多西诺三交界地区河流形态和水文的现场分析。地貌学53， 97-127 (2003)

    文章广告谷歌学者

  51. 塞德尔，M. A. &迪特里希，W. E.河床侵蚀基岩的问题。系列23， 101-124 (1992)

    谷歌学者

  52. 霍华德，A. D.和克比，G.荒地的频道变化。公牛。青烟。Soc。点。94， 739-752 (1983)

    文章谷歌学者

  53. 裴龙，J. T.法格拉齐，S.初始条件在景观演化中的遗产。地球上冲浪。的过程。Landf。37， 52-63 (2012)

    文章广告谷歌学者

  54. Granger, D.， Kirchner, J. & Finkel, R.从冲积沉积物中产生的宇宙成因核素测量的空间平均长期侵蚀速率。j .青烟。104， 249-257 (1996)

    文章广告谷歌学者

  55. Kohl, C. P. & Nishiizumi, K.石英的化学分离用于测量原位产生的宇宙成因核素。Geochim。Cosmochim。学报56， 3583-3587 (1992)

    文章中科院广告谷歌学者

  56. 迪奇伯恩，r.g.和怀特黑德，n.e.10来自硅酸盐。在Proc。南太平洋环境放射性协会第三次讲习班4 - 7。(1994)

  57. Balco, G.， Stone, J. O.， Lifton, N. A. & Dunai, T. J.一种完整且易于使用的计算地表暴露年龄或侵蚀速率的方法10是和26艾尔测量。皮疹。Geochronol。3.， 174-195 (2008)

    文章谷歌学者

下载参考

确认

本研究由美国国家科学基金会地貌学和土地利用动态计划通过EAR-0951672授予J.T.P.，并由美国国防部通过国防科学与工程研究生奖学金授予P.W.R.。J.T.P.是加拿大高级研究所(CIFAR)的学者。作者感谢T. Clifton和G. Chmiel对样品制备的帮助，感谢加利福尼亚州圣阿尔多的Orradre家族，以及宾夕法尼亚州格林县的许多地主允许他们使用他们的土地。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 麻省理工学院地球、大气和行星科学系，美国马萨诸塞州剑桥02139

    泰勒·佩隆，保罗·w·理查森，肯·l·费瑞厄

  2. École et Observatoire des science de la Terre, Université de Strasbourg, F-67084，法国斯特拉斯堡

    马修Lapotre

作者
  1. 泰勒·佩龙
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

  2. 保罗·w·理查森
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

  3. 肯·l·费瑞厄
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

  4. 马修Lapotre
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

贡献

J.T.P.构思了这项研究，进行了数值模拟，并撰写了论文。J.T.P, p.w.r和K.L.F.进行了实地调查。p.w.r处理了10p。w。r。k。l。f10是数据。J.T.P.和M.L.进行了地形分析。

相应的作者

对应到泰勒·佩龙．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

补充信息

补充信息

该文件包括补充图1-7、补充表1-2、补充文本和数据以及补充参考资料。(PDF 4024kb)

幻灯片

权利和权限

转载及权限

关于本文

引用本文

佩伦，J.，理查德森，P.，费瑞厄，K.。et al。分支河网的根源。自然492， 100-103(2012)。https://doi.org/10.1038/nature11672

下载引用

  • 收到了：

  • 接受：

  • 发表：

  • 发行日期：

  • DOI：https://doi.org/10.1038/nature11672

这篇文章被引用

评论

通过提交评论，您同意遵守我们的条款而且社区指导原则．如果您发现一些滥用或不符合我们的条款或指导方针，请标记为不适当。

搜索

高级搜索

快速链接

自然简报

报名参加自然简报时事通讯-什么重要的科学，免费到您的收件箱每天。

获取当天最重要的科学故事，免费在您的收件箱。 注册《自然简报》
Baidu
map