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Flussnetze sind markante, in die Erdoberfläche eingegrabene Merkmale, die durch Hebung und Erosion geformt wurden. Welche Mechanismen für diese charakteristischen geometrischen Signaturen auf der Erde verantwortlich sind, ist noch immer unklar. Eine neue Publikation zeigt, welche Rolle dabei das Grundwassers spielt.
In unserer Studie analysierten wir 1 Million Flussverzweigungen und 4.2 Millionen Grundwasserbrunnen in den Vereinigten Staaten. Es zeigte sich, dass die Verzweigungswinkel von Flussnetzen davon abhängen, ob Flüsse Wasser aus nahe gelegenen Grundwasserspeichern erhalten oder dorthin abgeben. Durch die Kombination neuer kontinentaler Datensätze mit den Pegelständen in Grundwasserbrunnen, den Wasserständen von Flüssen und deren Verzweigungswinkeln liefern wir den ersten Nachweis für den potenziellen Beitrag des Grundwassers zur Prägung der Verzweigungswinkel von Flussnetzen und damit zum Verständnis grossräumiger Entwässerungsmuster.
Die Flussnetze in den Vereinigten Staaten weisen einen ausgeprägten West-Ost-Verlauf auf, mit engen Flussverzweigungswinkeln und parallelen Tälern im Westen, wo das Klima trocken ist, und breiten Flussverzweigungswinkeln im Osten, wo das Klima feucht ist. Unsere Analyse zeigte, dass das Versickern von Grundwasser zu diesen auffälligen Mustern beiträgt. Im Westen der Vereinigten Staaten geben die Bäche ihr Wasser hauptsächlich an das Grundwasser ab und haben enge, steile Täler geformt. Im Gegensatz dazu erhalten die Bäche im Osten hauptsächlich Wasser aus den nahe gelegenen Grundwasserspeichern. Sie haben weite Verzweigungswinkeln und formen sanfte Täler.
Die systematische Beziehung zwischen den Verzweigungswinkeln des Fliessgewässernetzes und den Unterschieden der Wasserstände zwischen Flüssen und Grundwasser zeigt den Fingerabdruck des Grundwassers in der Geometrie des Gewässernetzes. Es ermöglicht eine Vorhersage von Wechselwirkungen zwischen Grundwasser und Oberflächengewässern in datenarmen Gebieten auf der Erde oder anderen Planeten wie dem Mars.
Bild: Entwässerungsnetz des Stony Creek bei Orland, Kalifornien. © James Kirchner
Elham R. Freund, Hansjörg Seybold, Scott Jesechko, James W. Kirchner:
Groundwater's fingerprint in stream network branching angles Geophysical Research Letters, 2023, DOI: 10.1029/2023GL103599.
Elham Freund
