Иногда данные настолько не совпадают с ожиданиями, что ученые сначала подозревают ошибку. Именно это произошло с исследователями, изучавшими реки канадской Высокой Арктики.
Они хотели разобраться, как вечномерзлый грунт влияет на эрозию. Логика казалась простой: лед внутри почвы должен работать как клей, удерживая песок и другие частицы на месте. Значит, мерзлая земля должна размываться медленнее обычной.
Но наблюдения в Арктике уже намекали на странность. Новые речные русла там иногда формировались неожиданно быстро — будто эрозия шла не медленнее, а быстрее, чем в более теплых регионах.
Чтобы проверить это, исследователи построили лабораторную модель реки. В наклонный канал длиной 120 сантиметров и шириной 2 сантиметра поместили стеклянные шарики, заменявшие речной гравий, а затем наблюдали, как вода размывает замерзший и незамерзший грунт.
Результат оказался настолько неожиданным, что эксперимент повторили несколько раз.
Эрозия мерзлого грунта происходила примерно в 10 раз быстрее, чем ученые ожидали для незамерзшей почвы.
«Мы буквально рассчитывали увидеть противоположное тому, что получили», — рассказал исследователь Йонас Эшенфельдер. По его словам, опыты пришлось проводить снова и снова, прежде чем руководитель поверил результатам.
Похожая реакция была и у другого участника работы, Шона Чартранда. Увидев первые данные, ученые решили, что такого просто не может быть. Затем повторили эксперимент — и получили тот же результат.
Чтобы понять причину, исследователи создали математическую модель движения воды и частиц грунта, а затем отправились на арктический остров Таллурути, известный также как остров Девон, чтобы проверить свои выводы в природных условиях.
Объяснение оказалось связано не с полностью замерзшей землей, а с моментом ее сезонного оттаивания.
Пока грунт промерз целиком, все происходит так, как и ожидалось: частицы почти не двигаются, поэтому эрозия ограничена.
Но весной и летом верхний слой почвы начинает оттаивать, тогда как ниже остается мерзлый грунт.
В обычной почве часть воды может просачиваться вниз. Здесь же замерзший слой блокирует ей путь. Вода вынуждена растекаться в стороны по тонкому талому слою и по пути захватывает больше песка и других частиц.
Именно этот механизм, по мнению исследователей, способен резко ускорять образование новых русел.
Для ученых это оказалось важным напоминанием: даже процессы, которые кажутся хорошо понятными, могут вести себя иначе в необычных условиях.
Особое значение открытие приобретает из-за изменений климата. Арктический ландшафт, остававшийся замерзшим тысячи лет, постепенно меняется, и вместе с этим там могут появляться новые речные системы.
Авторы работы образно говорят, что Арктика «просыпается». Но пока ученые еще не до конца понимают, как именно будет происходить эта перестройка.
Следующим шагом должны стать более подробные наблюдения непосредственно в Арктике — в течение всего года и при разных температурах. Это позволит проверить, насколько широко распространен обнаруженный механизм ускоренной эрозии.
Такие данные нужны не только для понимания природных процессов. Арктика становится все более важной с точки зрения экологии, инфраструктуры и геополитики, а значит, способность предсказывать изменения ее ландшафта приобретает практическое значение.
Исследование опубликовано в журнале Communications Earth & Environment.
