Новаторская методика, точно фиксирующая, как горы изгибаются под воздействием капель дождя, помогла решить давнюю научную загадку.
Поразительное влияние осадков на эволюцию горных ландшафтов широко обсуждается среди геологов, но новое исследование, проведенное Бристольским университетом и опубликованное сегодня в журнале Science Advances, четко рассчитывает его влияние, способствуя нашему пониманию того, как пики и долины развивались миллионы лет.
Его выводы, сделанные в отношении самого могучего из горных хребтов - Гималаев, - также открывают путь для прогнозирования возможного воздействия изменения климата на ландшафты и, в свою очередь, на жизнь человека.
Ведущий автор доктор Байрон Адамс, член Королевского общества Дороти Ходжкин из Института окружающей среды Кэбота при университете, сказала: «Может показаться интуитивно понятным, что большее количество осадков может формировать горы, заставляя реки быстрее врезаться в скалы. Но ученые также считалось, что дождь может разрушить ландшафт достаточно быстро, чтобы по существу «высосать» камни из Земли, фактически очень быстро подняв горы.
"Обе эти теории обсуждались на протяжении десятилетий, потому что измерения, необходимые для их доказательства, очень сложны. Вот что делает это открытие таким захватывающим прорывом, поскольку оно решительно поддерживает идею о том, что атмосферные и твердые земные процессы тесно связаны между собой. подключено."
Несмотря на то, что нет недостатка в научных моделях, призванных объяснить, как устроена Земля, более сложной задачей может быть проведение достаточно хороших наблюдений, чтобы проверить, какие из них наиболее точны.
Исследование проводилось в центральных и восточных Гималаях Бутана и Непала, потому что этот регион мира стал одним из самых популярных ландшафтов для изучения скорости эрозии. Доктор Адамс вместе с сотрудниками из Университета штата Аризона (ASU) и Университета штата Луизиана использовали космические часы внутри песчинок, чтобы измерить скорость, с которой реки размывают скалы под ними.
Когда космическая частица из космоса достигает Земли, она, вероятно, сталкивается с песчинками на склонах холмов, когда они переносятся к рекам. Когда это происходит, некоторые атомы в каждой песчинке могут превратиться в редкий элемент. Подсчитав, сколько атомов этого элемента содержится в мешке с песком, мы можем рассчитать, как долго песок находился там и, следовательно, как быстро разрушался ландшафт», - сказал доктор Адамс..
"После того, как мы получим скорость эрозии по всему горному хребту, мы сможем сравнить ее с изменениями крутизны рек и количества осадков. Однако такое сравнение чрезвычайно проблематично, поскольку каждую точку данных очень трудно получить, а статистически интерпретация всех данных вместе затруднена."
Д-р Адамс преодолел эту проблему, объединив методы регрессии с численными моделями эрозии рек.
«Мы протестировали множество числовых моделей, чтобы воспроизвести наблюдаемую скорость эрозии в Бутане и Непале. В конечном итоге только одна модель смогла точно предсказать измеренные скорости эрозии», - сказал доктор Адамс.
"Эта модель впервые позволяет нам количественно оценить, как осадки влияют на скорость эрозии на пересеченной местности."
Научный сотрудник профессор Келин Уиппл, профессор геологии в ASU, сказал: «Наши результаты показывают, насколько важно учитывать осадки при оценке закономерностей тектонической активности с использованием топографии, а также обеспечивают важный шаг вперед в решении вопроса о том, как во многом скорость скольжения по тектоническим разломам может контролироваться вызванной климатом эрозией на поверхности».
Результаты исследования также имеют важные последствия для управления землепользованием, обслуживания инфраструктуры и опасностей в Гималаях.
В Гималаях существует постоянный риск того, что высокая скорость эрозии может резко увеличить отложения за плотинами, что поставит под угрозу важнейшие гидроэнергетические проекты. Полученные данные также свидетельствуют о том, что обильные осадки могут подмывать склоны холмов, повышая риск возникновения селевых потоков или оползней, некоторые из которых могут быть достаточно большими, чтобы запружить реку, создавая новую опасность - наводнения, вызванные прорывом озера.
Д-р Адамс добавил: «Наши данные и анализ представляют собой эффективный инструмент для оценки моделей эрозии в горных ландшафтах, таких как Гималаи, и, таким образом, могут дать бесценную информацию об опасностях, которые влияют на сотни миллионов людей, которые жить внутри и у подножия этих гор."
Исследование финансировалось Королевским обществом, Советом по исследованиям окружающей среды Великобритании (NERC) и Национальным научным фондом (NSF) США.
Основываясь на этом важном исследовании, д-р Адамс в настоящее время изучает, как ландшафты реагируют на сильные извержения вулканов.
Этот новый рубеж в моделировании эволюции ландшафта также проливает новый свет на вулканические процессы. Благодаря нашим передовым методам измерения скорости эрозии и свойств горных пород мы сможем лучше понять, как реки и вулканы повлияли на каждый из них. другое в прошлом», - сказал доктор Адамс.
"Это поможет нам более точно прогнозировать, что может произойти после будущих извержений вулканов, и как управлять последствиями для живущих поблизости сообществ".