Мы знаем меньше о земле под нашими ногами, чем о поверхности Марса, но новое исследование ученых-геологов Университета Колорадо в Боулдере проливает свет на этот скрытый мир от вершин хребтов до дна долин и показывает, как осадки формируют поверхность Марса. часть нашей планеты, которая находится за пределами видимости.
Земля широко известна как «третья скала от солнца», однако твердые породы редко встречаются на поверхности земли. Ученые назвали растительность, почву и запасы воды, которые скрывают скалистые недра Земли от глаз, «критической зоной». Название соответствует тому факту, что эта зона одновременно необходима для жизни и сформирована живыми организмами. Характер критической зоны, особенно ее глубина, определяет, как грунтовые воды накапливаются и сбрасываются в реки.
Подземные воды обеспечивают запасы воды, которые являются источником жизненной силы сельского хозяйства и промышленности в стране и во всем мире. Но сами подземные воды не пассивны. Он вступает в реакцию с породой на своем пути, и при этом химически преобразует породу и собирает растворенные минералы и питательные вещества.
Исследователи были вдохновлены изучением фундаментальных различий между двумя обсерваториями критических зон (CZO), поддерживаемыми Национальным научным фондом. В CZO Боулдер-Крик в Переднем хребте Колорадо свежие камни можно найти под тонким слоем почвы и битых пород, которые равномерно покрывают склоны холмов. В Calhoun CZO в предгорьях Южной Каролины свежая порода находится далеко под поверхностью, а критическая зона сильно вздымается под гребнями хребтов и утончается под днищами долин. А почвы Колорадо серо-коричневые и каменистые, в отличие от красных глин Южной Каролины.
Исследователи CU Boulder решили понять, почему этот поддерживающий жизнь и сохраняющий воду покров почвы и лежащие под ним выветренные породы так сильно различаются от одного места к другому. Среди соавторов были заслуженный профессор Роберт С. Андерсон с факультета геологических наук Калифорнийского университета в Боулдере, профессор Харихар Раджарам с факультета гражданского, экологического и архитектурного проектирования Калифорнийского университета в Боулдере и профессор Сюзанна П. Андерсон с факультета географии Калифорнийского университета в Боулдере.
«Наша цель состояла в том, чтобы создать модель, объясняющую, почему возникают эти различия», - сказала Сюзанна Андерсон.
Исследователи сосредоточились на одном из самых очевидных различий между двумя сайтами: погоде. Они построили численную модель, чтобы проверить, может ли гораздо большее количество осадков на юго-востоке объяснить большие различия в глубине выветривания. В модели отслеживается дождевая вода, просачивающаяся через ландшафт и заставляющая горные породы выветриваться (или превращаться) в глину. Поскольку процессы выветривания протекают медленно, необходимо было учитывать также почвообразование и эрозию.
«Выветривание коренных пород может быть самым важным геологическим процессом, поскольку он создает почву, от которой зависит наше существование», - говорит Ричард Юретич, директор программы NSF Critical Zone Observatories, которая финансировала исследование.
Результаты, опубликованные сегодня в специальном выпуске журнала «Гидрологические процессы», посвященном роли воды в критической зоне, показывают, что в сухих условиях формируется неглубокая критическая зона колорадского типа, а толстая волнистая южная Критическая зона каролинского типа формируется во влажных условиях.
Иными словами, модель успешно объясняет резкие различия этих ландшафтов. Возможность подключения системы очаровала исследовательскую группу.
«Удивительно, как простые узоры в толщине критической зоны реагируют на климат, эрозию и, несомненно, на процессы, которые мы еще не рассматривали», - сказала Сюзанна Андерсон, которая также является научным сотрудником Института Арктики Университета Калифорнии в Боулдере. и Альпийские исследования (INSTAAR).«Возможность предсказывать эти закономерности выветривания дает нам возможность понять, что нас волнует, от водоснабжения до поддержания здоровья почвы».
«Почвенные ресурсы бесценны», - сказал Роберт Андерсон, также сотрудник INSTAAR. «Один из аспектов ландшафта, который мы должны были учесть в этой работе по моделированию, заключается в том, что на создание почвы, которая у нас есть, уходят тысячи лет. означает, что вы никогда не получите его обратно."
«Но для меня, - сказал он, - это достаточно интересно и достаточно удовлетворительно, чтобы объяснить, почему вы можете выкопать яму глубиной 20 футов лопатой в Южной Каролине и при этом прибегнуть к кирке. в пределах 2 футов в Колорадо. Все дело в погоде."