Model forbinder mønstre i sediment til regn, stigning og havniveauændring

Kræfter, der former jordens overflade, er registreret i en række naturlige optegnelser, fra træringe til huleformationer.

I en nylig undersøgelse, forskere fra University of Texas i Austin viser, at en anden naturlig optegnelse - sedimenter pakket sammen ved bassinkanterne - tilbyder forskere et kraftfuldt værktøj til at forstå de kræfter, der formede vores planet gennem millioner af år, med implikationer på nutidens forståelse

Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Geologi og bruger en computermodel til at forbinde distinkte mønstre i de sedimentære aflejringer til skift i klima og tektonisk aktivitet.

"Vi forsøger at finde en måde at skelne tektonikken og klimasignalerne på, " sagde hovedforfatter Jinyu Zhang, en forskningsmedarbejder ved UT's Bureau of Economic Geology. "Ved at bruge denne numeriske model har vi pludselig denne magt til at simulere verden under forskellig tektonik og klima."

Zoltán Sylvester og Jacob Covault, begge forskere ved bureauet, var medforfatter til avisen.

Geovidenskabsmænd har længe kigget på sedimentære bassiner for at få spor om Jordens tidligere klima. Det er fordi sedimentforsyning er tæt forbundet med miljøfaktorer, såsom regn eller snefald, som påvirker sedimentskabelsen gennem erosion og sedimenttransport over et landskab og ind i et bassin. Tektoniske faktorer påvirker også sedimentdannelse, med stigende løft forbundet med mere sediment og faldende løft med mindre.

Imidlertid, på trods af viden om, at sedimentforsyning er forbundet med klima og tektonik, forskerne sagde, at man ikke ved, hvordan ændringer i disse fænomener direkte påvirker, hvordan sediment aflejres langs bassinkanterne over lange tidsskalaer.

Denne undersøgelse ændrer på det, med Zhang ved at bruge open source-computerprogrammet pyBadlands til at skabe en "kilde-til-vask" 3-D-model, der sporer, hvordan ændringer i nedbør, tektonisk løft og havniveau påvirker sedimenterosion og aflejring. Modellen bruger topografi inspireret af Himalaya-bjergene og Indus River Delta til at spore sedimentet, når det kommer fra bjergene, gennem et flodsystem, og sætter sig i en bassinmargin over millioner af år.

"Dette er en af ​​de første [modeller] til at sætte landskabsudviklingsdelen med den stratigrafiske respons, deponeringssvar, og gør det i 3D, " sagde Covault. "Jinyu har taget et virkelig godt skridt i at sætte det hele sammen."

Forskerne kørte 14 forskellige scenarier - hver med et andet klima, tektonisk, og havniveauindstillinger - over en simuleret tidsperiode på 30 millioner år for at undersøge ændringer i landskabstopografi og sedimentaflejring.

De forskellige scenarier skabte forskellige mønstre i sedimentaflejring, hvilket gjorde det muligt for forskerne at drage generelle konklusioner om, hvordan tektoniske og klimatiske faktorer påvirker væksten i bassinmarginen. For eksempel, ændringer i hævningen tager millioner af år at påvirke ændringer i bassinkantens sedimenter, men når først disse ændringer er trådt i kraft, de sætter en ny baseline for adfærd. I modsætning, ændringer i nedbør forårsager meget mere pludselige ændringer, efterfulgt af en tilbagevenden til aflejringsadfærden observeret før klimaskiftet.

Scenarierne viste, at havniveau potentielt kunne komplicere leveringen af ​​signalet om tektoniske ændringer i bassinet. For eksempel, en stigning i havniveauet oversvømmede kystområder og forstyrrede sediment, der når en bassinmargin. Men når dette scenarie blev parret med øget nedbør, sedimenttilførslen var stor nok til at nå ud til bassinkanten.

Gary Hampson, en professor ved Imperial College London, som ikke var en del af undersøgelsen, sagde, at modellen giver vigtige retningslinjer for geovidenskabsmænd, der ønsker at rekonstruere Jordens fortid.

"Resultaterne øger den tillid, som geovidenskabsmænd kan fortolke tektoniske og klimatiske historier med i de geologiske arkiver af bassinkanter, " han sagde.

Zhang brugte de sidste to år på at lære programmeringssproget Python, så han kunne bruge pyBadlands-softwaren, som blev udviklet af University of Sydneys Tristan Salles.

Sylvester, som udnytter lignende værktøjer til at studere erosion og sedimentation i flodsystemer, sagde, at de computerværktøjer, der er tilgængelige for geovidenskabsfolk, gør mangeårige, men grundlæggende spørgsmål inden for geovidenskab mere tilgængelige end nogensinde.

"Det er en spændende tid, " sagde han. "Det er stadig nemmere at undersøge den stratigrafiske registrering på en kvantitativ måde."