Новаторская техника, которая точно фиксирует, как горы меняются под действием капель дождя, помогла решить давнюю научную загадку.
Драматическое влияние дождя на эволюцию горных ландшафтов широко обсуждается среди геологов, но новое исследование, проведенное Бристольским университетом и опубликованное в журнале Science Advances, четко рассчитывает его влияние, способствуя нашему пониманию того, как пики и долины развивались на протяжении миллионов лет.
Его выводы, которые были сосредоточены на самой могущественной горной цепи — Гималаях, — также открывают путь для прогнозирования возможного воздействия изменения климата на ландшафты и, в свою очередь, на жизнь человека.
Ведущий автор доктор Байрон Адамс, сказал: «Может показаться интуитивно понятным, что большее количество дождей может формировать горы, заставляя реки быстрее превращать рельеф в скалы. Но ученые также считают, что дождь может разрушают ландшафт достаточно быстро, чтобы по существу «высасывать» камни из Земли, фактически очень быстро поднимая горы. Обе эти теории обсуждались десятилетиями, потому что измерения, необходимые для их доказательства, чрезвычайно сложны. Вот что делает это открытие таким захватывающий, поскольку оно решительно поддерживает идею о том, что атмосферные и твердые земные процессы тесно связаны».
Хотя нет недостатка в научных моделях, нацеленных на объяснение того, как работает 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 использовал «часы» в космических песчинках, чтобы измерить скорость, с которой реки размывают скалы под ними.
«Когда космическая частица из космоса достигает Земли, она может столкнуться с песчинками на склонах холмов, когда они переносятся к рекам. Когда это происходит, некоторые атомы в каждой песчинке могут превратиться в редкий элемент. Если подсчитать количество атомов этого элемента присутствуют в мешке с песком, мы можем подсчитать, как долго песок там находился и, следовательно, насколько быстро ландшафт разрушался», — сказал доктор Адамс.
«Когда у нас есть скорости эрозии по всему горному хребту, мы можем сравнить их с вариациями крутизны реки и количества осадков. Однако такое сравнение очень проблематично, потому что каждую точку данных очень сложно получить, а статистическая интерпретация всех данных вместе — это очень сложно».
Ученые преодолели эту проблему, объединив методы регрессии с численными моделями эрозии рек.
«Мы протестировали большое количество численных моделей, чтобы воспроизвести наблюдаемую картину скорости эрозии в Бутане и Непале. В конечном итоге только одна модель смогла точно предсказать измеренную скорость эрозии», — сказал д-р Адамс. «Эта модель позволяет нам впервые количественно оценить, как осадки влияют на скорость эрозии в пересеченной местности».
«Наши результаты показывают, насколько важно учитывать осадки при оценке закономерностей тектонической активности с использованием топографии, а также обеспечивают существенный шаг вперед в решении вопроса о том, насколько скорость скольжения по тектоническим разломам может контролироваться климатической эрозией на поверхности.» — говорят ученые.
Результаты исследования также имеют важное значение для управления землепользованием, обслуживания инфраструктуры и опасностей в Гималаях.
В Гималаях существует постоянный риск того, что высокая скорость эрозии может резко увеличить отложения за дамбами, что поставит под угрозу важнейшие гидроэнергетические проекты.
Полученные данные также предполагают, что большее количество осадков может подорвать склоны холмов, увеличивая риск селевых потоков или оползней, некоторые из которых могут быть достаточно большими, чтобы запрудить реку, создав новую опасность — наводнения, вызванные прорывом озера.
Climate controls on erosion in tectonically active landscapes, Science Advances (2020). advances.sciencemag.org/lookup … .1126/sciadv.aaz3166