Bergauf Flüsse wissenschaftlich erklären?

Da sich die Frage speziell auf Karten bezieht, sollte ich erwähnen, dass es ganz normal ist, dass Flüsse auf einer Karte, die nur die Details im großen Maßstab zeigt, in Richtung einer höheren Ebene wie Hügel oder Berge fließen. Dies liegt daran, dass Sie das tatsächliche Terrain, durch das der Fluss fließt, nicht sehen können, das viel niedriger sein kann als die großmaßstäblichen Merkmale, die Sie auf der Karte sehen können. Der Fluss kann sich mit der Zeit eine ziemlich tiefe und enge Schlucht erodieren.

Zwei Möglichkeiten liegen auf der Hand:

1. Früher war der Wasserstand aufgrund eines Eisdamms oder ähnlichem viel höher, und dieses zwang Wasser, durch die Anhöhe zu fließen und sich selbst zu einer Schlucht zu erodieren.
2. Das Gelände war früher niedriger und ist langsamer gestiegen, als der Fluss seinen Kanal erodieren kann. Dies kann auf Plattentektonik oder vergangene Vereisung zurückzuführen sein.

Obwohl dies die gestellte Frage nicht ganz beantwortet, denke ich, dass es sinnvoll ist, direkt auf die angegebene Motivation für die Frage einzugehen.

Wasser kann in einer Formation, die als hydraulischer Sprung bekannt ist, bergauf fließen . Diese Phänomene sind an zwei Arten von Orten am sichtbarsten:

1. In einigen Stromschnellen nimmt die Geschwindigkeit eines Flusses drastisch ab, wenn sich schnell bewegendes Wasser in einen langsamen Bereich des Flusses mündet. Wenn die Geschwindigkeit des Wassers größer als ein bestimmter Schwellenwert ist (zur Berechnung dieser Geschwindigkeit siehe den oben verlinkten Artikel), kann die Kraft, die das schnelle Wasser beim Verlangsamen ausübt, das nachfolgende Wasser dazu zwingen, leicht anzusteigen.

2. Einige Dammüberläufe verwenden einen technischen hydraulischen Sprung, um die Geschwindigkeit des Wassers zu verlangsamen, das aus dem Überlauf kommt. Diese stellen ein Best-Case-Szenario dar: Der Überlauf ist eine glatte, reibungsarme Oberfläche, und es ist normalerweise ein langer, steiler Fall mit dem Sprung direkt am Boden (keine horizontale Distanz, um Energie zu verlieren). Aber selbst unter idealen Bedingungen wird der Sprung im Vergleich zum anfänglichen Fall winzig sein. Sogar ein Überlauf vom Typ "Sprungschanze", bei dem das Wasser in die Luft geschleudert wird, erreicht nur eine sehr geringe Höhe.

Schließlich, wie Serban in einem (inzwischen gelöschten) Kommentar anspielte, wird es, wenn die Geschwindigkeit des Wassers hoch genug ist, um es über eine beträchtliche Entfernung bergauf zu zwingen, dazu neigen, das Hindernis im Laufe der Zeit zu erodieren oder aus dem Flussbett herauszudrücken und zu fließen um das Hindernis herum. (Siehe die Antworten auf diese Frage für einige der Probleme, die mit dem Versuch verbunden sind, Hochdruckwasser auf natürliche Weise einzuschränken.)

Hier ist ein Fluss, der versucht, senkrecht bergab zu fließen, und scheitert.

Alles, was Sie brauchen, ist eine gute steife Brise (in Skye-Begriffen) oder vielleicht ein voller Sturm in normaler Sprache, und Sie können Wasser dazu bringen, zumindest auf lokaler Ebene bergauf zu fließen.

Sie werden feststellen, dass die Form des Strandes der Kurve einer Turbinenschaufel ziemlich nahe kommt, um auflandige Winde in eine Aufwärtsrichtung zu beschleunigen. Nicht so offensichtlich ist die Art und Weise, wie die Kurve der Bucht dazu beiträgt, den Wind auf diese Stelle zu konzentrieren.

(Ort: Talisker Bay, Isle of Skye. Windgeschwindigkeit: mäßig, wahrscheinlich 40 mph oder weniger)

Nachdem die Wissenschaft abgedeckt war, dachte ich, ich würde zwei Beispiele auf der Erde erwähnen, in denen dies über relativ längere Zeiten und Entfernungen vorkommt.

Der erste ist der Tonle Sap in Kambodscha, der ein Nebenfluss des Mekong ist. Es ändert die Richtung zweimal im Jahr als Reaktion auf saisonale Niederschlagsänderungen. In der Regenzeit beginnt der größere Mekong zu überfluten. Diese Hochwasser drücken dann den Tonle Sap nach oben. Im Wesentlichen wird die normale Bergabströmung durch die Bergströmung überwunden, die durch die starke Zunahme des Wasservolumens verursacht wird.

Ein zweites, etwas schummelndes Beispiel sind die subglazialen Flüsse der Antarktis. Hier bestimmt weniger die Schwerkraft die Strömungsrichtung, da der Druck des Eises übernimmt. Ich konnte noch keine Referenz für die Entfernungen finden, die hier möglicherweise beteiligt sind, und es scheint ein aktives Forschungsgebiet zu sein.

Wie Benutzer 3453518 sagt, könnte dies für eine kurze Strecke durch Trägheit passieren. Ich rate Ihnen, seine Antwort zu lesen; Es gibt einige sehr gute Punkte, die darin gut gemacht sind. Ich werde etwas Wissenschaft hinzufügen.

Die Formel für die Gravitationspotentialenergie lautet

wo$m$ist die Masse des betreffenden Objekts,$g$ist die Gravitationskonstante, und$h$ist seine Höhe über dem Wendepunkt. Auf der Erde,$g = 9.81\text{ Nkg}^{-1}$.

Nehmen wir also an, wir haben 1 Kubikmeter reines Wasser mit einem Gewicht von 1000 kg. Es beginnt einen Hügel mit 50 m vertikaler Höhe hinab (wir gehen davon aus, dass dieser Hügel irgendwie aus superhydrophobem Material besteht, um die Reibung leicht zu verringern). Es hat:

Da die Energie erhalten bleibt und wir die Reibung abziehen, hat sie am unteren Ende dieser Steigung ebenfalls 490,5 kJ. Es bewegt sich mit einer Geschwindigkeit, die wir mit der Formel für kinetische Energie bestimmen können:

Auf diese Weise können wir zeigen, wie hoch es gehen könnte, wenn es ohne Verlust an kinetischer Energie direkt nach oben projiziert würde:

Wir suchen nach$s$, die Verschiebung von der ursprünglichen Position.$a$ist die Verzögerung aufgrund der Schwerkraft, also nur -9,81,$v_f$ist die Endgeschwindigkeit (0) und$v_i$die Anfangsgeschwindigkeit, die wir gerade gefunden haben.

Das ist nahe an der ursprünglichen Höhe von 50 m (wegen meiner Rundung nicht genau) – aber hier ist der entscheidende Teil: Es ist nicht darüber hinaus . Wenn Sie die Schwerkraft nicht speziell für Wasser manipulieren können, ohne irgendetwas anderes auf dem Planeten zu beeinflussen, ist es physikalisch und wissenschaftlich unmöglich, den Wert der ursprünglichen Höhe zu überschreiten. Darüber hinaus habe ich bei diesen Berechnungen einige wichtige Überlegungen wie Reibung und Luftwiderstand ausgeschlossen. In Wirklichkeit werden Sie diesen Wert nie erreichen.

Für eine sehr kurze Spannweite kann dies durch Trägheit erklärt werden. Dies bedeutet jedoch, dass der Fluss möglicherweise einen Hang erklimmt, der nicht größer ist als der, den er heruntergekommen ist.

IE.: Der Fluss kam einen 10 m steilen Abstieg hinunter, gefolgt von einer sehr kurzen Ebene (um zu vermeiden, dass die Geschwindigkeit durch Reibung verloren geht), gefolgt von einem, sagen wir, 3 m Anstieg.

Wenn Sie jedoch den Ort messen, an dem das Wasser begann, und wo das Wasser endet, MUSS das Startniveau höher sein als das Endniveau, da die gesamte kinetische Energie des Wassers aus der potentiellen Energie der Gravitation stammt. Alles andere würde den Gesetzen der Physik widersprechen. Die Schwerkraft ist ein grundlegendes Gesetz des Universums und eines, wo dies nicht zutrifft, würde zu einem völlig anderen Universum führen. Wenn man der Schwerkraft auf diese Weise trotzen könnte, könnte man sehr wohl einen Fluss haben, der keinem Flussbett folgt. Wasser könnte direkt vom Meer abheben, in die Stratosphäre aufsteigen und vom Planeten fliehen usw. Die Schwerkraft als Begrenzung aufzuheben bedeutet, sie überall als Begrenzung aufzuheben.

Um die anderen Antworten zu ergänzen, besteht auch die Möglichkeit, dass das Wasser aufgrund einer optischen Täuschung bergauf zu laufen scheint .

Mir ist kein Fluss bekannt, bei dem dies der Fall ist, aber da es bei Straßen passiert, sehe ich keinen Grund, warum es nicht auch bei Flüssen passieren könnte.

Bei besonders extremer Topologie könnte eine mögliche Erklärung eine vertikale Ablenkung aufgrund von Gravitationsanomalien sein. Grundsätzlich darf die lokale Schwerkraft an einem Punkt auf der Oberfläche eines Planeten nicht direkt auf den Massenmittelpunkt des Planeten zeigen, ähnlich wie dies bei einem Mond der Fall ist. Das Wasser fließt immer noch nach unten - der Unterschied besteht darin, dass dies möglicherweise nicht dasselbe ist wie eine abnehmende Höhe.

Dieser Effekt ist jedoch sehr gering – die größte vertikale Ablenkung, die auf der Erde (in einigen Teilen des Himalaya) gefunden wurde, beträgt magere 100 Bogensekunden oder etwa 5 Zoll pro tausend Fuß (oder 48 cm pro km). Angenommen, Sie haben einen supermassiven Berg neben einer superflachen Ebene, könnten Sie einen Fluss haben, der in einem kleinen Gebiet einige Jahrzehnte lang kontinuierlich in Richtung zunehmender Höhe fließt, bis er das Land ausreichend erodiert, um sich zu verändern die Richtung wieder.

Ich habe die anderen Antworten nur überflogen, aber ich denke, sie alle verpassen den Punkt, an dem Wasser tatsächlich über eine längere Strecke bergauf fließt. Eigentlich ist das möglich! Es gibt eine Straße (IIRC) „Teufelsstraße“ in Nordafrika. Diese Straße führt in ansonsten flachem Gelände einen einsamen Hügel hinauf. Wenn Sie einen Ball auf diese Straße legen, rollt er langsam bergauf. Die Leute dachten, Teufel würden das tun, daher der Name.

Tatsächlich ist der Hügel nur die Spitze einer massiven Steinformation, die aufgrund ihrer erhöhten Dichte das Gravitationsfeld der Erde ein wenig „verbiegt“. Der Effekt reicht gerade aus, um die Steigung des Hügels zu überkompensieren, sodass Bälle und möglicherweise auch Wasser bergauf laufen. Ein Pendel würde im Vergleich zum flachen Gelände leicht seitwärts zeigen. Es ist also eher eine visuelle Sache: Wenn Sie "unten" senkrecht zum Großteil des Bodens definieren, den Sie sehen können, ist dies das, wonach Sie suchen. Wenn "unten" jedoch durch ein Pendel definiert wird, fließt das Wasser immer noch bergab diesen Hügel hinauf.

Darauf aufbauend könnte ein seichter Fluss scheinbar bergauf verlaufen, wenn sich unter dem Hügel eine extrem große und dichte Masse befindet, die wiederum von flachem und weniger dichtem Gelände, zB kargem Boden, umgeben ist. Es ist wichtig zu definieren, wohin der Fluss fließt. Ich stelle mir einen kleinen See vor, dessen Wasser schnell genug verdunstet, um Platz zu schaffen, damit mehr Wasser bergauf fließen kann.

Das Obige sorgt unter extremen Bedingungen für einen flachen und langsamen Strom. Sie können etwas größer werden, wenn Sie die Windidee hinzufügen: Konstanter Wind aus einer Richtung lässt Bäume in diese Richtung wachsen, anstatt gerade nach oben zu wachsen. Dies verstärkt den visuellen Effekt der Landschaft und verleiht dem bergauf fließenden Wasser mehr Druck. Der Hang kann steiler sein oder zumindest so aussehen. Wenn jedoch mehr Wasser in den See des Hügels gelangt, wohin fließt es? Ich würde einen kleinen Siphon empfehlen, der den See durch einen unterirdischen Fluss entwässert. Der Druck des Sees reguliert die Geschwindigkeit des unterirdischen Flusses, damit der See nicht so schnell überläuft. Sie könnten Geschichten über Menschen haben, die beim Baden im See des Hügels verschwinden, weil sie in den unterirdischen Fluss gesaugt werden könnten.

Eigentlich habe ich gerade bemerkt, dass es bereits eine Antwort von celtschk gibt, in der genau der gleiche Effekt erwähnt wird. Seltsam, dass meine zwei Absätze zu wenig waren, aber seine zwei Zeilen sind gut. Vielleicht kann jemand sie zu einer Antwort zusammenführen und dann meine löschen, weil celtschk sie zuerst erfunden hat.

Wenn Sie also von der Antwort von @NoAnswer ausgehen, könnten Sie ein paar ultradichte Formationen (z. Nicht genug, um ein Schwarzes Loch zu verursachen, aber genug, um die Schwerkraft des gesamten restlichen Planeten zu überwinden. Und dieses Zeug müsste auf einem sehr starken Fundament stehen, um nicht in den Kern des Planeten zu sinken.

ALTERNATIV könnten Sie etwas Algen- oder Fischlaichschleim haben, der saisonal in den Fluss abgesondert wird und diesen Abschnitt des Flusses in etwas wie Polyethylenoxid verwandelt ("die Flüssigkeit, die sich selbst ergießt").

Es würde so funktionieren: Fluss verläuft parallel zum erhöhten Bereich mit scharfem Abfall, dann bergab. Fischlaich verändert vorübergehend die Viskosität des Flusses, der sich dann stellenweise im angehobenen Bereich ansammelt. Schließlich erreicht ein Becken den Rand des erhöhten Bereichs und läuft über, wodurch der flussabwärts gelegene Teil des Flusses wieder bergauf gezogen wird.

Ich weiß nicht.

Die Gletscherkompression kann dazu führen, dass Wasser bergauf fließt, da der Druck des Eises das Wasser dazu zwingt, nach oben zu fließen – dies kann in Gebieten der Pennines beobachtet werden und kann problemlos einige hundert Meter zurücklegen.