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所有山脉在数学上都具有普遍的优美特征

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更新:06-21     编辑:     来源:    
  • 山脉是地球上最强大的地理特征之一,任何两处都不相同。有些山崖陡峭、山脊参差、沟壑深邃,而另一些山峦的走势则更平滑、连续。

    现在我们发现了山脉内在的普遍的优美结构,适用于阿尔卑斯、比利牛斯山脉、斯堪的纳维亚山脉、贝蒂奇山脉、喜马拉雅、安第斯山脉、阿巴拉契亚山脉、阿特拉斯山脉以及南阿尔卑斯山——尽管可能并不明显。

    “它们似乎是各种山脉唯一的共同特征,当你看到它们时,也会深深折服于大自然的神奇。”波兰科学院核物理研究所的研究员Jaroslaw Kwapien说。

    在所有可见的多样性之下,Kwapien和同事发现了意想不到的东西。在所有大陆上,无论山峰有多高,山麓有多广,属于构造山系,亦或是火山,结果都一样。

    利用地形图和分形图,该团队分析了山脉的山脊结构,发现“节点”之间的分布——山脊分支的点——遵循自然幂律。


    “无论山脉的类型如何,幂律分布的指数都在5/3的邻域内。”Kwapien解释道,“如果考虑到我们方法的精确度,狭窄的数值范围甚至可能意味着研究中所涉及的山脊图的指数,完全相同。”

    这是违反直觉的,因为阿尔卑斯山脉和阿巴拉契亚山脉的地形差异很大。第一个主要是山脊和山谷系统,像神经树突一样分叉。后者则由“长而交替的山脊和山谷组成,具有格状排水沟结构”。

    尽管它们具有极其不同的结构,但高度保守的幂指数意味着,任何山脉的脊线结构都是相同的。

    作者认为相似性并非来自山脉的成因,而是反映了河流系统的存在,侵蚀风化和引力滑坡,它们在不同地区产生相对一致的影响。

    “除水之外,考虑到重力作用时,情况会变得更加清晰。”Kwapien解释道,“岩石材料被压碎,无论其化学成分如何,它们都会受到松散体动态的影响。如果倾斜角度不是太大,斜坡上的松散体只能留在原地。斜坡不能太陡峭,这就是为什么自然界中的山谷深度受到自身宽度的限制。”

    同样的力量也可能成为山脉的限制因素,这就引出一个问题:如果不同的山脉具有如此相似的内在结构,那么山地多样性的来源在哪里呢?

    希望未来能够找到答案。

    该研究发表在《复杂网络期刊》上。

    本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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    网友评论:
    伟大!
    那奶子峰呢
    然后那几个被称得上是世界奇观的山,都不符合这个规律.....
    那女装山脉呢

      -
    小时候看林海雪原,那个奶头山,实在是……
    power law这个东西,你说有就有
    是节点的什么参数幂律分布?没看懂
    我还以为是在说黎曼几何。。。
    桌山整个一个平顶
    哪里是幂的感觉?

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