最近,一项开创性的技术精确地捕捉到了山脉是如何屈从于雨滴的意志而自我改变的,这项研究将有助于解开一个长期存在的科学谜团。
降雨对山地景观演变的巨大影响,一直以来在地质学家中引发广泛的争论。但是,近期由布里斯托尔大学领导的一项新研究清楚地计算出了它的影响程度,进一步加深了我们对山峰和山谷在数百万年里是如何发展的理解。
该研究的发现主要集中在喜马拉雅山脉这一最雄伟的山脉上,这也为预测气候变化对地貌的可能影响,进而对人类生活的影响铺平了道路。
主持研究的科学家告诉我们,降雨的影响看起来似乎很直观,更多的雨水会让河流更快地切割成岩石,从而塑造山脉的形状。但科学家们也相信,降雨可以足够快地侵蚀景观,从本质上“吸”掉地球上的岩石,有效地、非常迅速地将山脉向上拉高。
这两种理论已经争论了几十年,因为证明它们所需要的测量是非常复杂和困难的。而这次最新的研究发现绝对是一个令人兴奋的技术突破,因为它有力地支持了大气和固体地球过程密切相关的观点。
虽然,我们并不缺乏解释地球是如何运转的科学模型,但更大的挑战是如何进行足够好的观测,以检验哪种观测最为准确。
这项最新的研究是在不丹和尼泊尔境内的喜马拉雅山脉中部和东部进行的,因为这一地区已经成为侵蚀率研究中采样最多的地区之一。科学家们使用了沙粒中的“宇宙钟”来测量河流侵蚀其下方岩石的速度。
科学家们解释道:“当来自外太空的宇宙粒子到达地球时,它很可能会撞上山坡上的沙粒,因为沙粒会被运送到河流中。当这种情况发生时,每粒沙粒中的一些原子就会转变成一种稀有元素。通过计算一袋沙子中有多少个这种元素的原子,我们可以计算沙子在那里存在了多长时间,从而计算出地形被侵蚀的速度有多快。”
一旦科学家掌握了整个山脉的侵蚀率,他们就可以将其与河流陡峭度和降雨量的变化进行比较。然而,这样的比较存在很大的问题,因为每一个数据点都很难得出,对所有数据的统计解释也很复杂。
最终,科学家们通过将回归技术与河流侵蚀的数值模型相结合,克服了这一挑战。
科学家表示,我们测试了各种各样的数值模型来重现不丹和尼泊尔观察到的侵蚀速率模式。最终只有一种模型能够准确地预测测量到的侵蚀率。这个模型让我们第一次量化降雨如何影响崎岖地形的侵蚀率。
科学家的发现表明,在使用地形评估构造活动模式时,考虑降雨是非常关键的,也为解决构造断层的滑移率,在多大程度上受地表气候驱动的侵蚀所控制的问题,迈出了重要的一步。
研究结果还对喜马拉雅地区的土地使用管理、基础设施维护和灾害具有重要意义。
在喜马拉雅地区,高侵蚀率可能会大幅增加水坝背后的泥沙淤积,危及关键的水电项目,这种风险一直存在。研究结果还表明,更多的降雨会破坏山坡,增加泥石流或滑坡的风险,其中一些泥石流或滑坡可能大到足以在河流上筑坝,造成新的危险 —— 湖泊溃决洪水。
科学家们的数据和分析提供了一种有效的工具,用于估计喜马拉雅山等山地景观的侵蚀模式,因此,可以为影响生活在这些山脉内外的数亿人的危险,提供宝贵的洞察力。
基于这一重要的研究,科学家们目前正在探索大型火山爆发后景观的反应。
科学家告诉我们,这也是新的火山演变过程模型。利用我们测量侵蚀率和岩石性质的尖端技术,我们将能够更好地了解过去河流和火山是如何相互影响的。这将有助于我们更准确地预测未来火山爆发后可能发生的情况,以及如何管理对附近社区造成的后果。
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