Dronovi koji lete duž milja reka na strmom, planinskom terenu centralnog Tajvana i mapiraju svojstva stena, otkrili su nove tragove o tome kako voda pomaže u oblikovanju planina tokom geološkog vremena, prema timu koji predvode naučnici Penn Stejta.
Istraživači su pronašli vezu između veličine kamenih gromada u rekama i strmine reka. Veza pokazuje kako svojstva stena mogu uticati na odnos između tektonskih procesa koji se dešavaju duboko pod zemljom i kako planinski pejzaži menjaju oblik. Oni su objavili svoje nalaze u Science Advances .
„Tokom razvoja planinskog pojasa, vidimo razlike u načinu na koji se reke urezuju ili seku u stenu, u mlađim i starijim delovima“, rekla je Džulija Kar, vodeći autor studije, koja je doktorirala u geosciences iz Penn State 2022. „To znači da kako se planinski pojas razvija, erozija se menja na površini.“
Dok se tektonske ploče sudaraju i formiraju planinske lance, stene koje su prethodno bile zakopane u Zemljinoj kori guraju se na površinu u procesu koji se zove podizanje. Temperatura i pritisak koje ove stene doživljavaju dovode do varijabilnosti u svojstvima stena – poput tvrdoće stene ili razmaka i orijentacije pukotina – što onda utiče na to koliko ih lako erodiraju elementi na površini, rekli su naučnici.
Na Tajvanu, naučnici su otkrili da je glavni znak čvrstoće stena planina bila veličina gromada u rekama, koje su bile veće i jače na lokacijama gde su stene bile zakopane dublje u Zemljinoj kori. A veličina gromada je u korelaciji sa strminom reka, koje moraju biti dovoljno moćne da pomere ove gromade nizvodno pre nego što erodiraju planinu, rekli su naučnici.
„Kada su gromade u kanalima veće, reka treba da postane strma da bi mogla da erodira istom brzinom“, rekao je Roman DiBiase, vanredni profesor geonauka u Penn State i koautor studije. „To je zato što da bi se stena erodirala, sediment koji pokriva rečni kanal treba da se pomeri sa puta. Što su kamene gromade u kanalu veće, kanal treba da bude strmiji da bi ih pomerio.“
Modeli mogu objasniti kako stvari kao što su oluje i poplave utiču na stope erozije, ali je teže uzeti u obzir ulogu čvrstoće stena u procesu, rekli su naučnici.
„Utvrđivanje kontrole urezanja reke u stenu je važno za razumevanje kako se planinski lanci razvijaju tokom geološkog vremena“, rekao je DiBiase. „Ali neke ključne parametre za testiranje modela ureza reke, kao što su dubina toka i pokrivač sedimenta, teško je izmeriti u velikim razmerama.“
Istraživači su se okrenuli dronovima kako bi izbegli prepreke kao što su opasni prelazi reka i vodopadi kako bi prikupili podatke. Tokom ovih istraživanja, naučnici su prikupili stotine hiljada merenja morfologije rečnog kanala i više od 22.000 merenja gromada duž otprilike 18 milja reka.
„To je mesto gde je to zaista bez presedana — nešto ovakvog obima je zaista neobično“, rekao je Kar, koji je sproveo istraživanje u Penn Stejtu, a sada je postdoktorski saradnik na Univerzitetu Sajmon Frejzer u Britanskoj Kolumbiji. „Uzbudljivo je biti u mogućnosti da anketiramo u ovoj skali—to nam pomaže da vidimo obrasce koje inače nikada ne bismo videli. Da samo odete na teren i ispitate nekoliko mesta do kojih možete lako da stignete, ne biste primetili ovaj obrazac.“
Centralni planinski lanac Tajvana je jedan od najstrmijih predela na Zemlji i ima jednu od najviših stopa erozije od bilo kog mesta izvan glacijalnih područja ili područja pod uticajem ljudi, rekao je Kar. Pored toga, tektonsko okruženje Tajvana je dobro poznato i ima sistematske obrasce dubine zakopavanja koji se mogu koristiti za procenu veze između podzemne istorije stena i njihovog trenutnog stanja na površini.
„To je ovo sjajno jedinstveno mesto jer za razliku od negde kao što su Himalaji ili Alpi, gde postoji toliko složenih tektonskih istorija, Tajvan može biti relativno jednostavan pejzaž za proučavanje jer su iste sile sudara koje su ga stvorile pre milionima godina i dalje aktivne, “, rekao je Kar. „I ove lekcije naučene od Tajvana mogu pomoći u informisanju modela erozije koji se primenjuju na druge planinske lance sa manje ograničenja.“
Zbog načina na koji se formirao raspon, mlađe stene se nalaze na jugu i zapadu, dok se starije stene koje su zakopane dublje – do 24 milje pod zemljom – nalaze dalje na istoku i severu, rekli su naučnici.
U mlađim delovima reke imaju manje, manjih gromada koje pokrivaju manji deo površine kanala. Dok putujete prema starijim delovima, gromade se povećavaju na srednju veličinu veću od šest stopa, rekli su naučnici.
Ove gromade ne leže u rekama i čekaju da budu slomljene tokom vremena, tvrde istraživači. Umesto toga, kamene gromade u svakom od delova reka bile su blizu praga mobilnosti – što znači da je voda bila skoro dovoljno moćna da ih pomeri nizvodno. Tokom velikih protoka nakon oluja, ove gromade mogu biti potpuno pokretne, a dok se kreću, pomažu da se reka useče.
„Jedan način na koji možete razmišljati o tome kako reke seku dugoročno – morate biti u stanju da pomerate sediment, a kada pređete neki prag, možete zarezati reku“, rekao je Kar. „Ako ovo primenimo, to implicira da ovaj primarni signal jačine stene koji kontroliše veličinu gromade postavlja rečni usek u pejzažu. I to se poklapa sa lokalnom strminom reka.“
Doprinos su dali i Donald Fišer, profesor geonauka u Penn Stejtu; En-Chao Ieh, vanredni profesor na Nacionalnom tajvanskom normalnom univerzitetu; i Erik Kirbi, profesor na Univerzitetu Severne Karoline u Čepel Hilu.
