I droni catturano nuovi indizi su come l’acqua modella le catene montuose nel tempo

I ricercatori hanno trovato un legame tra la dimensione dei massi nei fiumi e la pendenza dei fiumi. Il collegamento mostra come le proprietà delle rocce possono influenzare la relazione tra i processi tettonici che avvengono in profondità nel sottosuolo e il modo in cui i paesaggi montuosi cambiano forma. Hanno riferito sul giornale Progressi della scienza.

“Nel corso dello sviluppo di una catena montuosa, stiamo osservando differenze nel modo in cui i fiumi incidono, o tagliano, il substrato roccioso, nelle sezioni più giovani e in quelle più vecchie”, ha affermato Julia Carr, autrice principale dello studio che ha conseguito il dottorato in geoscienze. dalla Penn State nel 2022. “Significa che man mano che una cintura montuosa si evolve, l’erosione sta cambiando in superficie.”

Quando le placche tettoniche si scontrano e formano catene montuose, le rocce precedentemente sepolte nella crosta terrestre vengono spinte in superficie in un processo chiamato sollevamento. La temperatura e la pressione subite da queste rocce porta a variabilità nelle proprietà delle rocce – come la durezza della roccia o la spaziatura e l’orientamento delle fratture – che poi influenzano la facilità con cui vengono erose dagli elementi in superficie, hanno detto gli scienziati.

A Taiwan, gli scienziati hanno scoperto che la principale caratteristica della resistenza delle rocce delle montagne era la dimensione dei massi nei fiumi, che erano più grandi e più resistenti nei luoghi in cui le rocce erano state sepolte più in profondità nella crosta terrestre. E la dimensione dei massi è correlata alla pendenza dei fiumi, che devono essere abbastanza potenti da spostare questi massi a valle prima di erodere la montagna, hanno detto gli scienziati.

“Quando i massi nei canali sono più grandi, il fiume deve diventare più ripido per poter erodere alla stessa velocità”, ha detto Roman DiBiase, professore associato di geoscienze alla Penn State e coautore dello studio. “Questo perché per erodere la roccia, i sedimenti che ricoprono un canale fluviale devono essere spostati. Più grandi sono i massi nel canale, più ripido deve essere il canale per spostarli.”

I modelli possono spiegare in che modo eventi come tempeste e inondazioni incidono sui tassi di erosione, ma è più difficile tenere conto del ruolo della resistenza delle rocce nel processo, hanno detto gli scienziati.

“Determinare i controlli sull’incisione del fiume nella roccia è importante per comprendere come le catene montuose si evolvono nel corso del tempo geologico”, ha affermato DiBiase. “Ma alcuni parametri chiave per testare i modelli di incisione del fiume, come la profondità del flusso e la copertura dei sedimenti, sono difficili da misurare su larga scala.”

I ricercatori si sono rivolti ai droni per evitare ostacoli come pericolosi attraversamenti di fiumi e cascate per raccogliere dati. Durante queste indagini, gli scienziati hanno raccolto centinaia di migliaia di misurazioni della morfologia dei canali fluviali e più di 22.000 misurazioni di massi lungo circa 18 miglia di fiumi.

“Ecco che è davvero senza precedenti: qualcosa di questa portata è davvero insolito”, ha detto Carr, che ha condotto la ricerca alla Penn State e ora è ricercatore post-dottorato presso la Simon Fraser University nella British Columbia. “È emozionante essere in grado di effettuare rilevamenti su questa scala: ci aiuta a vedere schemi che altrimenti non vedremmo mai. Se andassi sul campo e esaminassi i pochi punti che potresti raggiungere facilmente, non osserveresti questo schema. “

La catena montuosa centrale di Taiwan è uno dei paesaggi più ripidi della Terra e presenta uno dei tassi di erosione più alti di qualsiasi altro luogo al di fuori delle aree ghiacciate o influenzate dall’uomo, ha affermato Carr. Inoltre, il contesto tettonico di Taiwan è ben noto e dispone di modelli sistematici di profondità di sepoltura che possono essere utilizzati per valutare la connessione tra la storia del sottosuolo delle rocce e la loro attuale condizione in superficie.

“È un posto fantastico e unico perché, a differenza di posti come l’Himalaya o le Alpi, dove ci sono così tante storie tettoniche complesse, Taiwan può essere un paesaggio relativamente semplice da studiare perché le stesse forze di collisione che lo crearono milioni di anni fa sono ancora attive oggi, “ha detto Carr. “E queste lezioni apprese da Taiwan possono aiutare a definire modelli di erosione che vengono applicati ad altre catene montuose con minori vincoli.”

A causa del modo in cui si è formata la catena montuosa, le rocce più giovani si trovano a sud e a ovest, mentre le rocce più antiche che sono state sepolte più in profondità – fino a 24 miglia sottoterra – si trovano più a est e a nord, hanno detto gli scienziati.

Nelle sezioni più giovani, i fiumi hanno meno massi più piccoli che coprono meno dell’area dei canali. E mentre si viaggia verso le sezioni più vecchie, i massi aumentano fino a raggiungere una dimensione media di oltre sei piedi, hanno detto gli scienziati.

Secondo i ricercatori, questi massi non sono seduti nei fiumi in attesa di essere scomposti nel tempo. Invece, i massi in ciascuna sezione dei fiumi erano vicini alla soglia della mobilità, il che significa che l’acqua era abbastanza potente da spostarli a valle. Durante le piene successive alle tempeste, questi massi possono essere completamente mobili e, mentre si muovono, aiutano a incidere il fiume.

“Un modo in cui puoi pensare a come i fiumi incidono a lungo termine: devi essere in grado di spostare i sedimenti e, una volta oltrepassata una soglia, puoi incidere il fiume”, ha detto Carr. “Se applichiamo questo, implica che questo segnale primario di forza della roccia che controlla la dimensione del masso sta determinando l’incisione del fiume nel paesaggio. E questo corrisponde alla pendenza locale dei fiumi.”

Hanno contribuito anche Donald Fisher, professore di geoscienze alla Penn State; En-Chao Yeh, professore associato presso l’Università Normale Nazionale di Taiwan; ed Eric Kirby, professore all’Università della Carolina del Nord a Chapel Hill.

La National Science Foundation ha sostenuto questo lavoro.

Link alle riprese video del drone: https://youtu.be/uER7H-zm1yE