Khám phá Quá trình phát triển của hệ thống sông

Các nhà khoa học ở Học viện công nghệ Massachusetts, Mỹ (MIT) đã áp dụng lý thuyết này vào nghiên cứu hệ thống sông và đã tìm ra rằng môt con sông được cấp nước từ nguồn nước ngầm sẽ chảy theo hướng áp lực đối xứng còn lại của nước ngầm xung quanh phía đầu nơi bắt đầu dòng chảy mới đó.

“ Thực sự, những gì chúng tôi đang cố gắng làm là thể hiện quá trình phát triển của dòng sông một cách độc lập với các cơ chế xói mòn phức tạp” - ông Rothman, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết. Tính đối xứng là một lý thuyết vật lý cơ bản có thể áp dụng cho mọi loại tính toán dự đoán quá trình tiến hóa, tăng trưởng. Với nền lý thuyết cơ bản liên quan đến sự phát triển của các kênh sông và chỉ ra cách nó phát triển như thế nào chúng ta có thể xác định sự tăng trưởng của một hệ thống sông và có thể mô tả dựa theo các hiện tượng hình thành theo cách này”.


Cảnh sông St. Johns River ở Florida, Mỹ 

Các nhà nghiên cứu cho rằng, lý thuyết đối xứng cục bộ có thể sử dụng để dự đoán sự tăng trưởng của các hệ thống các nhánh sông như các đứt gãy địa chất, hệ thống chia nhánh rễ cây và thậm chí cả mạng lưới thần kinh.

Nghiên cứu đã được công bố trong kỷ yếu của Viện hàn lâm  Khoa học Quốc gia, Tác giả của công trình nghiên cứu là tiến sĩ Rothman và nhóm cộng sự.

Sự phát triển, tăng trưởng của dòng sông

Năm 2012, nhóm Rothman của phát triển một lý thuyết toán học cho sự phát triển sông mà xác định được một góc chung mà tại đó các thung lũng sông rẽ nhánh.

“Các quá trình vật lý là khác nhau nhưng đều có điểm chung về phép toán, vì vậy chúng ta có thể sử dụng một vài lý thuyết đã được phát triển về cơ chế nứt gãy để giải thích các quá trình phát triển cử dòng chảy sông” ông Cohen, thành viên nhóm cộng sự cho biết.

Các nhà nghiên cứu  áp dụng cơ chế nứt gãy đối xứng cục bộ cho nghiên cứu sự phát triển của sông và thấy rằng dù sông có phát triển theo trái hoặc phải, thẳng hoặc về phía trước đều phụ thuộc vào áp suất nước ngầm xung quanh hay phụ thuộc vào mực nước ngầm bên dưới.

Đất bão hòa nước ngầm có thể lưu trữ một lượng lớn nước ngầm trong các tầng nước ngầm. Độ cao của của mực nước có thể dao động và tăng lên dạng hình sin, Phần cao hơn gây nên áp lực cho phần dưới và có thể phát xuất nguồn nước cho sông và dòng sông được hình thành và phát triển từ đó.

Bằng cách áp dụng các lý thuyết về tính đối xứng các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng một con sông sẽ phát triển theo hướng thẳng khi các đường biên áp lực quanh bảng nước dao động đối xứng xung quanh đầu của dòng chảy. Lý thuyết này cũng dự đoán được góc mà tại đó dòng chảy sẽ bắt đầu.

Tính toán số mũ tăng trường của sông

Để kiểm tra giả thuyết này, nhóm phân tích một mạng lưới sông phức tạp tại Bristol, Floria nơi nhóm nghiên cứu của Rothman đã từng nghiên cứu về sự phát triển của sông. Các nhà nghiên cứu đã tính toán được vị trí mực/bảng nước ngầm  khoảng 255 dòng chảy trong toàn hệ thống sông. Từ các đường đồng mức của mực nước ngầm, có thể thành lập được bảng mức độ đối xứng của từng vùng xung quanh một dòng chảy. Từ đó, nhóm nghiên cứu có thể xác định được hướng dòng chảy sẽ chảy tới bằng lý thuyết đối xứng.

Họ đã tiến hành trên một số lượng dòng chảy đủ để có thể xác minh cho lý thuyết đang áp dụng có thể dùng để dự đoán được các vết nứt, gãy tạo dòng chảy và sự tăng trưởng của cả dòng sông.

Sau khi đã xác nhận giả thuyết này, các nhà nghiên cứu sau đó đã sử dụng nó để tính toán “số mũ tăng trưởng” ra một con số có liên quan đến dòng chảy của nước ngầm và thấy được một dòng chảy tăng trưởng nhanh như thế nào. Từ đó, họ tính toán được tốc độ của cả 255 dòng chảy trong hệ thống sông và xác định số mũ tăng trưởng tối ưu để giảm thiêu được sự sai lệch khi dự đoán vê tính đối xứng cục bộ của dòng chảy.

Rothman cho biết, phương pháp đối xứng cục bộ có thể được áp dụng ở các vùng khác để dự đoán sự phát triển của dòng sông mà được hình thành theo các vết đứt gãy địa chất. Ông cho biết đối với bất kì một đánh giá về quá trình hình trành phát triển của một lĩnh vực có tính khuếch tán đều có thể áp dụng ý tưởng này trong phân tích.