Hvordan vejr og klima former Jordens livsbærende overflade

Vi ved mindre om jorden under vores fødder, end vi ved om overfladen af ​​Mars, men ny forskning fra University of Colorado Boulder geoscientists skinner et lys over denne skjulte verden fra ridgetops til dalgulve og viser, hvordan nedbør former den del af vores planet, der er lige uden for, hvor vi kan se.

Jorden er populært kendt som "den tredje sten fra solen, "alligevel er hård sten sjælden ved jordoverfladen. Forskere har døbt vegetationen, jord og vandlagrende affald, der skjuler Jordens stenrige indre fra den "kritiske zone". Navnet ærer det faktum, at denne zone samtidig er afgørende for livet og er formet af levende organismer. Karakteren af ​​den kritiske zone - især dens dybde - styrer, hvordan grundvand lagres og frigives til vandløb.

Grundvand leverer de vandforsyninger, der er livsnerven for landbrug og industri i landet, og faktisk rundt om i verden. Men grundvandet i sig selv er ikke passivt. Den reagerer med klippen langs sin vej, og dermed både omdanner klippen kemisk og optager opløste mineraler og næringsstoffer.

Forskerne blev inspireret til at studere de grundlæggende forskelle mellem to National Science Foundation-understøttede Critical Zone Observatories (CZO'er). I Boulder Creek CZO i Colorado Front Range, frisk sten kan findes under et tyndt lag jord og brudt sten, der jævnt kapper bakker. I Calhoun CZO i South Carolina piemont, frisk sten er langt under overfladen, og den kritiske zone bølger tykt under kamkamme og tyndes under dalbund. Og jordbunden i Colorado er gråbrun og stenet, i modsætning til de røde ler i South Carolina.

CU Boulder-forskerne satte sig for at forstå, hvorfor dette livsnødvendige og vandopbevarende tæppe af jord og den underliggende forvitrede klippe varierer så meget fra et sted til et andet. Medforfattere omfattede Distinguished Professor Robert S. Anderson fra CU Boulders Institut for Geologiske Videnskaber, Præsidentens undervisningsforsker Professor Harihar Rajaram fra CU Boulders Department of Civil, Miljø, og arkitekturteknik, og professor Suzanne P. Anderson fra CU Boulders afdeling for geografi.

"Vores mål var at skabe en model til at forklare, hvorfor disse forskelle opstår, "sagde Suzanne Anderson.

Forskerne fokuserede på en af ​​de mest åbenlyse forskelle mellem de to steder:vejret. De byggede en numerisk model for at teste, om den meget større nedbør i sydøst kunne forklare de store forskelle i forvitringens dybde. I modellen, regnvand spores, når det siver gennem landskabet, og får stenmineraler til at forvitre (eller omdanne) til ler. Fordi forvitringsprocesser er langsomme, det var også nødvendigt at inkludere jorddannelse og erosion.

"Forvitring af grundfjeld kan være den vigtigste geologiske proces, da den producerer den jord, vi er afhængige af for vores eksistens, "siger Richard Yuretich, direktør for NSF Critical Zone Observatories -programmet, som finansierede forskningen.

Resultaterne, offentliggjort i dag i et særnummer af tidsskriftet Hydrologiske processer afsat vandets rolle i den kritiske zone, vise, at der dannes en overfladisk kritisk zone af Colorado-typen under tørre forhold, mens en tyk, bølgende kritiske zone af South Carolina-type under våde forhold.

Med andre ord, det lykkes modellen at forklare de drastiske forskelle i disse landskaber. Systemets tilslutning fascinerede forskergruppen.

"Det er fascinerende, hvordan enkle mønstre i kritisk zonetykkelse reagerer på klimaet, til erosion, og uden tvivl til processer, som vi ikke har overvejet endnu, "sagde Suzanne Anderson, som også er stipendiat ved CU Boulder's Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR). "At være i stand til at forudsige disse vejrmønstre sætter os i stand til at forstå ting, vi interesserer os for, fra vandforsyninger til vedligeholdelse af sunde jordarter. "

"Jordressourcer er dyrebare, "sagde Robert Anderson, også en INSTAAR -stipendiat. "Et af landskabets aspekter, som vi var nødt til at omfavne i denne modelindsats, er, at det tager tusinder af år at generere den jord, vi har. Hvis den skrabes væk eller misbruges, det bliver ikke udskiftet i menneskelige tidsskalaer. Misstyring betyder, at du aldrig får det tilbage. "

"Men for mig", han sagde, "Det er interessant nok, og tilfredsstillende nok, for at forklare, hvorfor du kan grave en grav 20 fod dyb med en skovl i South Carolina, og skal ty til en plukkeøkse inden for 2 fod i Colorado. Det handler om vejret. "