Undersøgelse udforsker, hvordan sten udvider sig nær jordoverfladen i det sydlige Sierra Nevada

En forsker fra University of Wyoming og hans team opdagede, at forvitring af underjordiske sten i de sydlige Sierra Nevada-bjerge i Californien opstår mere på grund af sten, der udvider sig end ved kemisk nedbrydning, som tidligere antaget.

porøsitet, det tomme rum i klippen, blev konventionelt antaget at blive produceret, når vand strømmer gennem klippen, hvilket resulterer i, at mineraler opløses kemisk. Fordi bjergvandskel giver store reservoirer af vand, de nye resultater er relevante for vandressourceforvaltning i hele USA.

"Det er vigtigt at forstå, hvad der foregår i det underjordiske lag. Det har enorm kapacitet til at lagre vand. I bjerglandskaber, saprolitten er måske det eneste der holder skovene i live i tørketider, " siger Cliff Riebe, en lektor i UW's Institut for Geologi og Geofysik. "Dette har været kendt i et stykke tid. Hvad vi ikke ved er "Hvordan bliver lagerpladsen produceret?" Saprolit er svær at få adgang til. Du skal grave ned under jorden. Det er sjældent blevet undersøgt. Det er vigtigt at forstå dette lag mellem jorden og stenen."

Saprolit, som Riebe omtaler som "rådden sten, " er den zone af forvitret sten, der bevarer de relative positioner af mineralkorn i moderfjeldet og ligger mellem laget af jord og hårdere sten nedenunder.

Riebe var tilsvarende forfatter til et papir, med titlen "Porositetsproduktion i Weathered Rock:Where Volumetric Strain Dominates over Chemical Mass Tab, " som blev offentliggjort i dag (18. september) i Videnskabens fremskridt , en afkomsudgivelse af Videnskab . Onlinetidsskriftet udgiver betydelige, innovativ original forskning, der fremmer videnskabens grænser og udvider de standarder for ekspertise, der er etableret af Videnskab .

Jorden Hayes, en tidligere ph.d. kandidat fra UW og nu assisterende professor i geovidenskab ved Dickinson College i Carlisle, Pa., var avisens hovedforfatter. Medvirkende forfattere inkluderede Steve Holbrook, en tidligere UW professor i geologi og geofysik og nu professor og afdelingsleder ved Virginia Tech University; Brady Flinchum, der var ph.d. studerende ved UW på det tidspunkt, hvor forskningen blev udført; og Peter Hartsough, en assisterende projektforsker i Department of Land, Luft- og vandressourcer ved University of California-Davis.

Volumetrisk belastning er defineret som ekspansionsmaterialet undergår forvitringsprocessen. Sten, der helt er fast, har ingen porøsitet. Det er vigtigt at forstå, hvordan porøsitet produceres af volumetrisk belastning og massetab på tværs af en bred vifte af problemer inden for hydrologi, biogeokemi, økologi og geomorfologi, siger Riebe.

Hvad videnskabsmænd almindeligvis har antaget, Riebe siger:er, at udvidelse af sten ikke er så vigtig. Det, der blev opdaget af Riebe og hans team, er, at ekspansion i klipper dominerer selve forvitringsprocessen i studieområdet.

"Ekspansion er svær at måle, så det er blevet ignoreret i tidligere arbejde, " forklarer Riebe.

"Stenen der udvider sig faktisk til mere end det dobbelte af det oprindelige volumen, når den forvitrer, " siger Hayes. "Dette er overraskende, fordi vi normalt ikke tænker på, at sten udvider sig i en sådan grad, og videnskabsmænd tænker traditionelt på, at stenforvitring er domineret af kemisk opløsning, når regnvand strømmer fra undergrunden."

Trærødder, for eksempel, kan forårsage udvidelse af sten ved at kile saprolitmaterialet op. Issprængninger om vinteren ville have samme effekt.

"Vi tror, ​​at en del af historien er, at vegetationen gør dette i højere højder, " siger Riebe. "Vi tror, ​​det vil være mindre vigtigt i de lavere højder. Vi forventer ikke så meget forankring, så mindre volumetrisk ekspansion og mere kemisk massetab. Dette fører til nye potentielle opdagelser."

Forskningen, som har været i gang siden 2011, bygger på eksisterende information om vejrlig og overfladeprocesser ved Southern Sierra Critical Zone Observatory.

"Vores fund er især spændende, da vi tænker på andre landskaber, der også kan være udsat for disse fysiske mekanismer og har evnen til at opbevare store mængder vand, " siger Hayes.

"Saprolit i det sydlige Sierra Nevada-bjerge er en kilde til vand for økosystemer og mennesker. At forstå det er vigtigt, Riebe siger. Klimaet ændrer sig. Det hjælper os med at forstå et vigtigt reservoir for vand i det vestlige USA."