Πώς το νερό διαμορφώνει τις οροσειρές με την πάροδο του χρόνου;
Νέες ενδείξεις για το πώς το νερό διαμορφώνει τις οροσειρές με την πάροδο του χρόνου από τον Matthew Carroll και την Julia Carr, που αποφοίτησε με διδακτορικό στις γεωεπιστήμες από το Penn State το 2022, πετώντας ένα drone στην περιοχή Luye στα νοτιοανατολικά κεντρικά βουνά της Ταϊβάν.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν drones για να συλλέξουν δεδομένα από εκατοντάδες χιλιάδες μετρήσεις ογκόλιθων κατά μήκος περίπου 18 μιλίων ποταμών και βρήκαν νέες ενδείξεις για το πώς το νερό βοηθά στη διαμόρφωση των βουνών κατά μήκος χιλιομέτρων ποταμών στο απότομο, ορεινό ανάγλυφο της κεντρικής Ταϊβάν.
Βρήκαν μια σχέση μεταξύ του μεγέθους των ογκόλιθων στα ποτάμια και της απότομης κλίσης των ποταμών. Αυτό δείχνει πώς οι ιδιότητες των πετρωμάτων μπορούν να επηρεάσουν τη σχέση μεταξύ τεκτονικών διεργασιών που συμβαίνουν βαθιά κάτω από το έδαφος και πώς αλλάζουν σχήμα τα ορεινά τοπία.
Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο Science Advances. «Κατά τη διάρκεια μιας ορεινής ζώνης που αναπτύσσεται, βλέπουμε διαφορές στον τρόπο με τον οποίο τα ποτάμια κόβουν ή κόβονται στο βράχο, στα νεότερα και μεγαλύτερα τμήματα», δήλωσε η Τζούλια Καρ.
«Αυτό σημαίνει ότι καθώς εξελίσσεται μια ορεινή ζώνη, η διάβρωση αλλάζει στην επιφάνεια». Καθώς οι τεκτονικές πλάκες συγκρούονται και σχηματίζουν οροσειρές, πετρώματα που προηγουμένως ήταν θαμμένα στον φλοιό της Γης ωθούνται στην επιφάνεια σε μια διαδικασία που ονομάζεται ανύψωση. Η θερμοκρασία και η πίεση που βιώνουν αυτά τα πετρώματα οδηγούν σε μεταβλητότητα στις ιδιότητες των πετρωμάτων -όπως η σκληρότητα του βράχου ή η απόσταση και ο προσανατολισμός των θραυσμάτων- που στη συνέχεια επηρεάζουν το πόσο εύκολα διαβρώνονται από στοιχεία στην επιφάνεια», είπαν οι επιστήμονες.
Στην Ταϊβάν βρήκαν ότι η κύρια υπογραφή της αντοχής των βράχων των βουνών ήταν το μέγεθος των ογκόλιθων στα ποτάμια, οι οποίοι ήταν μεγαλύτεροι και ισχυρότεροι σε τοποθεσίες όπου οι βράχοι είχαν θαφτεί βαθύτερα στον φλοιό της Γης.
Και το μέγεθος των ογκόλιθων συσχετίστηκε με την απότομη κλίση των ποταμών, τα οποία πρέπει να είναι αρκετά ισχυρά για να μετακινήσουν αυτούς τους ογκόλιθους προς τα κάτω πριν διαβρώσουν το βουνό, είπαν οι επιστήμονες.
«Όταν οι ογκόλιθοι στα κανάλια είναι μεγαλύτεροι, ο ποταμός πρέπει να έχει κλίση για να μπορεί να διαβρώνεται με τον ίδιο ρυθμό», δήλωσε ο Roman DiBiase, αναπληρωτής καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State και συν-συγγραφέας της μελέτης.
«Αυτό συμβαίνει επειδή για να διαβρωθεί ο βράχος, το ίζημα που καλύπτει ένα κανάλι ποταμού πρέπει να απομακρυνθεί από τη μέση. Όσο μεγαλύτεροι είναι οι ογκόλιθοι στο κανάλι, τόσο πιο απότομο πρέπει να είναι το κανάλι για να τους μετακινήσει ».
Τα μοντέλα μπορούν να εξηγήσουν πώς οι καταιγίδες και οι πλημμύρες επηρεάζουν τους ρυθμούς διάβρωσης, αλλά είναι πιο δύσκολο να ληφθεί υπόψη ο ρόλος της αντοχής των πετρωμάτων στη διαδικασία, είπαν οι επιστήμονες.
«Ο καθορισμός των ελέγχων για την τομή του ποταμού σε βράχο είναι σημαντικός για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι οροσειρές εξελίσσονται κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου», δήλωσε ο DiBiase.
«Αλλά ορισμένες βασικές παράμετροι για τη δοκιμή μοντέλων τομής ποταμού, όπως το βάθος ροής και η κάλυψη των ιζημάτων, είναι δύσκολο να μετρηθούν σε μεγάλη κλίμακα».
Οι ερευνητές στράφηκαν σε drones για να αποφύγουν εμπόδια όπως επικίνδυνες διαβάσεις ποταμών και καταρράκτες για τη συλλογή δεδομένων. Κατά τη διάρκεια αυτών των ερευνών έκαναν εκατοντάδες χιλιάδες μετρήσεις της μορφολογίας των καναλιών του ποταμού και περισσότερες από 22.000 μετρήσεις ογκόλιθων κατά μήκος περίπου 18 μιλίων ποταμών.
«Εκεί είναι πραγματικά πρωτόγνωρο - κάτι τέτοιας κλίμακας μέτρηση και πραγματικά ασυνήθιστο.Είναι συναρπαστικό να μπορούμε να κάνουμε έρευνα σε αυτήν την κλίμακα - μας βοηθά να δούμε μοτίβα που διαφορετικά δεν θα βλέπαμε ποτέ. Αν απλά πήγαινες στο πεδίο και ερευνούσες τα λίγα σημεία στα οποία μπορούσες να φτάσεις εύκολα, δεν θα παρατηρούσες αυτό το μοτίβο.Η κεντρική οροσειρά της Ταϊβάν είναι ένα από τα πιο απόκρημνα τοπία στη Γη και έχει έναν από τους υψηλότερους ρυθμούς διάβρωσης από οποιοδήποτε μέρος εκτός των περιοχών που έχουν παγετωθεί ή επηρεάζονται από τον άνθρωπο», είπε η Carr.
Επιπλέον, το τεκτονικό σκηνικό της Ταϊβάν είναι πολύ γνωστό και έχει συστηματικά μοτίβα βάθους ταφής που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση της σύνδεσης μεταξύ της υποεπιφανειακής ιστορίας των πετρωμάτων και της τρέχουσας κατάστασής τους στην επιφάνεια.
«Είναι αυτό το υπέροχο, μοναδικό μέρος γιατί σε αντίθεση με κάπου όπως τα Ιμαλάια ή τις Άλπεις, όπου υπάρχουν τόσες πολλές περίπλοκες τεκτονικές ιστορίες, η Ταϊβάν μπορεί να είναι ένα σχετικά απλό τοπίο για μελέτη, επειδή οι ίδιες δυνάμεις σύγκρουσης που την δημιούργησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια εξακολουθούν να είναι ενεργές σήμερα» είπε η Καρ.
«Και αυτά τα μαθήματα που αντλήθηκαν από την Ταϊβάν μπορούν να βοηθήσουν στην ενημέρωση των μοντέλων διάβρωσης που εφαρμόζονται σε άλλες οροσειρές με λιγότερους περιορισμούς».
Εξαιτίας του τρόπου με τον οποίο σχηματίστηκε η περιοχή, νεότεροι βράχοι βρίσκονται στο νότο και στα δυτικά, ενώ παλαιότεροι βράχοι που ήταν θαμμένοι βαθύτερα - έως και 24 μίλια κάτω από τη γη - βρίσκονται πιο ανατολικά και βόρεια, είπαν οι επιστήμονες.
Στα νεότερα τμήματα, τα ποτάμια έχουν λιγότερους, μικρότερους ογκόλιθους που καλύπτουν μικρότερη έκταση των καναλιών. Καθώς ταξιδεύετε προς τα παλαιότερα τμήματα, οι ογκόλιθοι αυξάνονται σε μέσο μέγεθος άνω των 2μ., είπαν οι επιστήμονες.
Αυτοί οι ογκόλιθοι δεν κάθονται στα ποτάμια περιμένοντας να σπάσουν με την πάροδο του χρόνου, σύμφωνα με τους ερευνητές. Αντίθετα, οι ογκόλιθοι σε κάθε ένα από τα τμήματα των ποταμών ήταν κοντά στο κατώφλι της κινητικότητας - που σημαίνει ότι το νερό ήταν σχεδόν αρκετά ισχυρό για να τους μετακινήσει προς τα κάτω.
Κατά τη διάρκεια υψηλών ροών μετά από καταιγίδες, αυτοί οι ογκόλιθοι μπορεί να είναι πλήρως κινητοί και καθώς κινούνται, βοηθούν στο κόψιμο του ποταμού.
«Με έναν τρόπο μπορείτε να σκεφτείτε πώς τα ποτάμια χαράζουν μακροπρόθεσμα - πρέπει να είστε σε θέση να μετακινήσετε τα ιζήματα και μόλις περάσετε κάποιο κατώφλι, μπορείτε να κόψετε το ποτάμι. Αν το εφαρμόσουμε αυτό, σημαίνει ότι το πρωταρχικό σήμα αντοχής βράχου που ελέγχει το μέγεθος του ογκόλιθου καθορίζει την τομή του ποταμού στο τοπίο. Και αυτό ταιριάζει με την τοπική απότομη κλίση των ποταμών», είπε η Carr.
Στην έρευνα επίσης συνέβαλαν ο Donald Fisher, καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State, ο En-Chao Yeh, αναπληρωτής καθηγητής στο Εθνικό Κανονικό Πανεπιστήμιο της Ταϊβάν και ο Eric Kirby, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill.
Γεωδίφης με πληροφορίες από Science Advances/ Κρατικό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνιας
Περισσότερα,
Julia C. Carr et al, Rock properties and sediment caliber govern bedrock river morphology across the Taiwan Central Range, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg6794