Но это не вело его достаточно глубоко. Он все еще не мог видеть, что находится под поверхностью: глубина почвы, лежащие под ним выветрившиеся скалы и глубокая коренная порода.
Он и аспирант-геолог Даниэлла Ремпе предложили метод определения этих подземных деталей без бурения, потенциально обеспечивающий более точный способ прогнозирования стока воды, влажности растений, оползней и их реакции на изменение климата.Методика, которая поможет улучшить климатические модели, которые сегодня учитывают только слой почвы, была опубликована в Интернете на прошлой неделе в раннем выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.По словам Ремпе, основной проблемой при включении грунтовых вод в климатические модели является определение толщины выветренной коренной породы, которая может удерживать большую часть воды на склонах холмов, особенно в засушливое лето в Калифорнии.
Их модель предполагает, что толщина выветренной коренной породы под склонами холмов контролируется снизу вверх, в отличие от нынешнего представления о том, что вода сверху вызывает выветривание коренной породы.«Понимая, как вода направляется по склонам холмов, мы можем улучшить прогнозы того, как растительность и потоки рек будут реагировать на изменения климата и землепользования», — сказала она. «Но критически важным вкладом в гидрологические и климатические модели является толщина почвы и выветрившейся коренной породы.
Эта модель впервые предлагает простую теорию, основанную на дренаже грунтовых вод, для прогнозирования этой толщины на ландшафте».Эрозия снизу вверхМодель Калифорнийского университета в Беркли возникла в результате десятилетий исследований на различных участках, где поверхность земли активно разрушается, в первую очередь в заповеднике Анжело-Кост при Калифорнийском университете недалеко от Лейтонвилля, штат Калифорния, и в аналогичной крутой лесистой местности недалеко от Кус-Бей, штат Орегон. применимы к горной топографии по всему миру, включая Аппалачи и Сьерра-Неваду в Соединенных Штатах.Почва — смесь органического материала и выветренной породы — традиционно считается ключом к ландшафту, местом, где корни растений получают воду и питательные вещества, источником стока в ручьи, а также материалом, который размывается и иногда скользит.
Но в последние годы геологи пришли к выводу, что зачастую более толстый слой выветренной коренной породы, который залегает под почвой и находится в процессе превращения в почву, часто играет большую роль для растений и водораздела. Корни часто проникают сквозь почву в выветривающуюся породу, и исследования Ремпе и Дитрих показывают, что порода может хранить воду намного дольше, чем почва.«Почва часто представляет собой тонкий слой на ландшафте, но это может быть не то место, где происходят гидрологические воздействия», — сказал Ремпе, отметив, что толщина почвы на участке Анджело может быть менее двух футов, но выветренный слой коренных пород имеет толщину до 80 футов. «Пихты Дугласа высотой 100 футов не получают всю воду из почвы. Она слишком тонкая».
Дитрих и Ремпе предполагают в своей модели, что толщина выветрившейся породы определяется в первую очередь скоростью, с которой вода стекает из твердой, но водонасыщенной коренной породы под ней. Этой воде могут быть сотни тысяч лет, и она движется через скалу очень медленно, иногда менее миллиметра в год. Поскольку коренная порода поднимается тектоническими силами, вода стекает сверху, оставляя сухую породу подверженной трещинам и химическому выветриванию.
Разрыв позволяет воде, газам и корням растений проникать сверху и легко трансформировать породу в результате процессов выветривания.Однако коренная порода не дренирует, если русла ручья не врезаются в породу и не обеспечивают место для дренажа. Чтобы предсказать толщину выветренной коренной породы, их модели нужна только скорость врезания каналов и скорость дренирования коренных пород, определяемая пористостью и проницаемостью породы.
Сосредоточьтесь на влажности породы«Это первый шаг к расчету толщины выветренной коренной породы на ландшафте, зоны, где мы задокументировали динамику« влажности горных пород », чего, по нашему мнению, не хватает в текущих климатических моделях», — сказал Дитрих, профессор наук о Земле и планетах. . «Эта влажность горных пород может использоваться деревьями и может способствовать устойчивому базовому потоку в ручьях, поскольку она медленно стекает, но это практически неизвестно».Одно из предсказаний модели, которое согласуется с наблюдениями, состоит в том, что слой выветрившейся породы утолщается по направлению к гребням, разделяющим склоны холмов.«Мы пытаемся объяснить, почему некоторые ландшафты покрыты почвой и глубоко выветрившимися коренными породами, в то время как другие имеют голые свежие коренные породы, обнаженные на поверхности», — добавил Ремпе. «Наша гипотеза состоит в том, что основным контролем является относительная скорость поверхностной эрозии по сравнению с дренажем подстилающей свежей коренной породы».
Дитрих и Ремпе надеются пробурить вершины хребтов, чтобы измерить толщину выветренной породы, чтобы проверить свою модель и подтвердить ключевую роль, которую играет дренаж свежей коренной породы в определении толщины выветренной коренной породы на холмистых и гористых ландшафтах.