Ricerca in un luogo in cui i processi geologici avvengono davanti ai tuoi occhi — ScienceDaily

Taiwan sperimenta alcuni dei tassi di costruzione di montagne più veloci al mondo: stanno crescendo a un ritmo più veloce di quanto crescano le nostre unghie in un anno. Le montagne subiscono anche terremoti frequenti e significativi, la regione subisce in media circa quattro tifoni all’anno e in alcuni luoghi riceve più di diversi metri di pioggia all’anno, afferma il professore associato di UConn presso il Dipartimento di scienze della terra, Michael Hren.

Queste condizioni sono tutte dovute alla posizione di Taiwan alla convergenza delle placche del Mar Eurasiatico e delle Filippine, che porta a un paesaggio di estremi in cui è possibile vedere le montagne crescere, cadere e alterarsi, il tutto su una scala temporale umana. Il team di Hren ei suoi collaboratori dell’Università dell’Oregon hanno applicato nuove tecniche per comprendere il passato di questa mutevole catena montuosa. I loro risultati sono pubblicati in I progressi della scienza.

“Per decenni Taiwan è stato un luogo in cui le persone studiano i processi di come funziona la terra perché tutto è un po’ accelerato. È anche un esempio archetipico di una collisione tra arco e continente, quindi è un modello per il mondo, eppure sappiamo molto poco sull’altezza di quelle montagne nel tempo”, dice Hren.

Conoscere l’altezza delle montagne nel tempo è importante perché la topografia, o le caratteristiche fisiche, di una montagna, sono il risultato di un equilibrio tra la costruzione della montagna e l’erosione.

Hren spiega: “L’altezza delle montagne ci dice come o quali sono i feedback tra i processi nell’atmosfera, il clima, gli agenti atmosferici, la biologia e i processi che si verificano nelle profondità della terra. Se conosciamo la topografia e l’altezza delle montagne attraverso il tempo, e sappiamo anche cosa sta succedendo sotto la superficie, quindi possiamo capire come queste cose si influenzano a vicenda”.

Questi antichi eventi possono anche aiutarci a capire meglio in che modo il processo di sollevamento delle montagne influisce sul ciclo globale del carbonio. Ad esempio, poiché i minerali di silicato nelle montagne vengono alterati, l’anidride carbonica dall’atmosfera può alla fine essere immagazzinata nelle rocce carbonatiche marine. Allo stesso modo, il carbonio organico prodotto sulla terraferma viene esportato in mare, afferma Hren, immagazzinando carbonio nelle profondità dell’oceano. Entrambi questi processi possono avere un impatto sui livelli di anidride carbonica atmosferica a lungo termine.

“Se non comprendiamo l’evoluzione delle montagne, allora non capiamo come i processi tettonici siano collegati all’atmosfera e al clima globale”, afferma Hren. “Ricostruire la storia della paleoelevazione delle catene montuose tropicali come Taiwan si è rivelato difficile perché fa caldo, è umido, le cose si erodono rapidamente e la maggior parte dei sedimenti viene scaricata nell’oceano. Non è rimasto molto del record da studiare sulla terraferma”.

Con la carenza di strumenti per quantificare la paleoelevazione di Taiwan, il gruppo di ricerca di Hren, tra cui Queenie Chang Ph.D. ’22, ha adottato un nuovo approccio per guardare indietro alla storia delle montagne di Taiwan. I ricercatori hanno raccolto 39 campioni di antichi sedimenti trasportati dall’acqua che scorre lungo i fiumi, portando i sedimenti lontano dalle montagne, da diverse sezioni lungo la catena montuosa di Taiwan.

“I sedimenti derivati ​​dalla montagna sono stati trasportati e accumulati nelle pianure alluvionali del fiume e nel profondo bacino marino. Sono stati litificati in rocce sedimentarie dopo milioni di anni”, afferma Chang. “Grazie al rapido tasso di sollevamento a Taiwan, questi strati di roccia ora sono esposti in superficie per consentirci di studiarli e raccoglierli”.

Hanno misurato la chimica degli isotopi della materia organica in queste rocce sedimentarie da tutto l’antico sistema fluviale, che contiene dettagli sull’elevazione a cui crescevano piante antiche, fornendo prove della storia dell’intera rete fluviale.

“Stiamo essenzialmente cercando di mettere in relazione la chimica della materia organica sedimentaria con la provenienza dei materiali in questo viaggio. Questi sedimenti hanno da tre milioni di anni a più recenti e la chimica può parlarci dell’evoluzione delle montagne”, afferma Hren.

I ricercatori misurano gli isotopi di idrogeno immagazzinati nelle cere delle foglie, che registrano l’acqua caduta attraverso il paesaggio prima di essere assorbita dalle piante e da altri produttori primari. I documenti rivelano un cambiamento fondamentale nella chimica dei sedimenti nel tempo, riflettendo i cambiamenti del paesaggio e mostrando come le cinture montuose sul lato orientale di Taiwan si sono evolute e cresciute. Vale a dire, hanno visto un rapido aumento dell’elevazione di circa due chilometri (circa 1,2 miglia) da circa 1,3 a 1,5 milioni di anni fa ad oggi.

“Molte prove geologiche precedenti hanno mostrato una transizione significativa dell’attività tettonica a Taiwan in questo momento: aumento del tasso di sedimentazione nell’oceano, aumento del tasso di esumazione delle rocce e cambiamento nell’orientamento della convergenza delle placche. I nostri risultati mostrano come questi cambiamenti nelle attività tettoniche influenzino il paesaggio della superficie terrestre e l’altezza delle montagne rapidamente”, afferma Chang.

Hren afferma che questo approccio fornisce i primi dati reali per quantificare l’evoluzione dell’altezza delle montagne a Taiwan e la tecnica può essere applicata a qualsiasi fascia montuosa tropicale.

Questa ricerca aiuterà a dissipare l’incertezza sulla storia paleotopografica di Taiwan, e Hren spiega che gran parte del dibattito ha riguardato l’età delle montagne e quando si sono sviluppate. I dati sugli isotopi forniscono vincoli su cui si può costruire per rivelare ulteriori approfondimenti sulla storia e sui processi della catena montuosa.

“Ci sono stati dibattiti di lunga data non solo su quando esattamente le montagne sono salite, ma anche su come sono salite”, dice Hren. “Una visione tradizionale è stata che c’è stata una migrazione verso sud della costruzione di montagne, quindi effettivamente è iniziata nel nord e poi continua a crescere verso sud. Questa è una parte dell’affrontare questa domanda. L’altra parte riguarda i tempi, dove alcuni sosterrebbero per uno sviluppo più vecchio, e alcuni credono che sia appena apparso negli ultimi milioni di anni “.

Hren osserva che questa ricerca è uno sforzo internazionale ed è stata resa possibile grazie a un progetto di collaborazione con più studenti delle università taiwanesi e docenti provenienti da tutti gli Stati Uniti Con i vincoli imposti dai dati, i ricercatori stanno continuando il loro lavoro per ricostruire il passato e guadagnare una migliore comprensione di questi fenomeni geologici che hanno così tanto a che fare con il funzionamento del resto del pianeta.

“Quando cresci una montagna, gran parte della materia organica viene erosa e trasportata nell’oceano e ha grandi implicazioni per il ciclo globale del carbonio”, afferma Hren. “Stiamo lavorando per limitare ulteriormente quel processo a Taiwan, stiamo anche esaminando bacini o sedimenti in tutta l’isola per sviluppare un quadro completo dell’intero sistema insulare per cercare di rispondere a queste domande. C’era un gradiente spaziale nei tempi di sollevamento? Ci sono differenze nei record tra i lati est e ovest mentre pensiamo ai diversi sistemi montuosi lì? Fa parte di un progetto in corso che stiamo portando avanti a Taiwan”.