Così si sviluppano i fiumi

Come mai i fiumi si diramano in una complessa rete di rivoli intricati e sottili? Sembra una domanda banale, ma non lo è. Sebbene il fenomeno sia noto da tempo, nessuno è mai riuscito a comprendere esattamente in che modo si possano creare ramificazioni tanto raffinate e complesse.

Ora però uno studio pubblicato su Nature sembra aver trovato una soluzione al mistero. Un gruppo guidato da Taylor Perron del Mit ha creato un modello matematico che analizza le interazioni di due fra i principali fenomeni che coinvolgono suolo e acqua – incisione e reptazione – scoprendo in quali esatte condizioni si formano le diramazioni.

Il fenomeno dell’incisione avviene quando l’acqua cade su un terreno inclinato, spiegano gli scienziati, tende a defluire verso le zone più a valle, erodendo le superfici che trova sulla propria strada. Si formano allora dei ruscelli, che “cibandosi” gli uni degli altri crescono fino a diventare affluenti veri e propri. D’altro canto, questo meccanismo è “bilanciato” dalla reptazione, ovvero il lento smottamento a valle del suolo a opera della gravità, che riempie i buchi causati dall’erosione: la formazione di rivoli d’acqua viene allora rallentata. In sostanza, si tratta di due fenomeni opposti: il primo tende a scavare solchi nel suolo e il secondo a riempirli.

Gli scienziati hanno ipotizzato l’esistenza di un rapporto esatto fra i due meccanismi, un punto di equilibrio minimo da cui ha origine la forma dei corsi d’acqua. Al di sotto di quel punto, infatti, le condizioni fisiche renderebbero impossibile la formazione di affluenti, e dunque di una struttura fluviale complessa.

Per mettere alla prova la loro teoria i ricercatori hanno analizzato la Salinas Valley, in California, e il plateau Allegheny, in Pennsylvania, due zone ricche di corsi d’acqua. Le due reti fluviali sono state ricostruite in un modello computerizzato. Incisione e reptazione sono state codificate in equazioni matematiche che gli autori potevano manipolare a loro piacimento, accelerando o rallentando i calcoli per simulare lo scorrere delle ere geologiche. Un lavoro complesso ma premiato dai risultati, che hanno infine mostrato come l’intuizione degli scienziati fosse corretta.

Le stesse simulazioni, d’altra parte, si sono rivelate affascinanti mosaici di colori in evoluzione, in grado di ricostruire l’evoluzione dei corsi d’acqua come se fossero opere artistiche. “Guardare i fiumi simulati superare il punto di equilibrio durante un tempo geologico accelerato è come osservare i petali di un fiore che si aprono”, ha commentato Perron, “Si possono persino vedere crescere le valli scavate dall’acqua”.

Il modello matematico consentirà di valutare con maggior precisione quello che succede nei sistemi fluviali, anche quando non è possibile compiere misurazioni dirette. E c’è già chi suggerisce di usarlo per studiare i fiumi di metano di una luna di Saturno, Titano. Anche quel paesaggio alieno potrebbe diventare familiare: basta un pizzico di matematica in più.

Riferimenti: Nature doi:10.1038/nature11672

Credits immagine: Taylor Perron, Mit