Drivkraften bag tropiske mudderskred

I april 2017 et jordskred i Mocoa, Colombia, rev gennem en lokal by, dræbte mere end 300 mennesker. Nicolás Pérez-Consuegra voksede op omkring 570 miles nord i Santander, Colombia, og blev chokeret, da han så ødelæggelserne i fjernsynet. På det tidspunkt, han var undergraduate praktikant ved Smithsonian Tropical Research Institute i Panama. Som en spirende geolog rejste sig med at vandre i de tropiske bjerge i Colombia, han undrede sig, hvad forårsager større erosion i nogle områder af bjergene end i andre? Og, er det tektoniske kræfter – hvor Jordens tektoniske plader glider mod hinanden, hvilket fører til dannelsen af ​​stejle bjerge – eller høje nedbørsrater, som spiller en vigtigere rolle i at forårsage erosion i den pågældende region?

For at besvare disse spørgsmål ville det kræve en geologisk forståelse af udviklingen af ​​bjergene i Colombia. Under sin bachelor-praktik, Pérez-Consuegra studerede bjergene nær byerne Sibundoy og Mocoa i den sydlige region af Colombia. der, han observerede tykke regnskove, der dækkede stejle bjerge og mange jordskred ar i klipperne. Der var også mange jordskred på vejen, der fik ham til at tro, at spændingen og frigivelsen af ​​tryk langs tektoniske forkastninger rystede landskabet og fjernede sten fra dets overflade og kastede det ud i floderne.

For at finde ud af mere om de kræfter, der var i spil, der formede det stejle terræn i denne region, Pérez-Consuegra forfulgte en doktorgrad i College of Arts and Sciences' Department of Earth and Environmental Sciences (EES). Han siger, at muligheden for at udvikle sine egne forskningsidéer var en af ​​de vigtigste grunde til, at han valgte Syracuse University. Pérez-Consuegra ledede undersøgelsen fra start til slut, fremsætte forskningsspørgsmål, hypoteser og metoder, med hjælp fra sin ph.d. rådgiver Gregory Hoke, lektor og lektor for EES, og Paul Fitzgerald, professor og leder af kandidatstudier i EES. Han opnåede også forskningsstipendier og støtte fra EES og en række eksterne kilder, herunder en National Geographic Early Career Grant og mere, som fuldt ud finansierede tre feltekspeditioner til Colombia og det analytiske arbejde med stenprøver indsamlet der.

Pérez-Consuegra og Hoke udførte feltforskning i den østlige Cordillera-del af de colombianske Andesbjerge. Under disse ekspeditioner vandrede holdet og rejste med både bil og båd til forskellige højder for at indsamle over 50 stenprøver. Stener blev derefter sendt til Syracuse University og behandlet i laboratorier for at udtrække termokronologiske data.

Ifølge Pérez-Consuegra, et termokronometer er som et stopur, der begynder at tikke, når en sten afkøles gennem et bestemt temperaturområde, holde styr på den tid, det tager for den efterfølgende rejse til Jordens overflade. Mineralet apatit er det radioaktive stopur, som han bruger i sine studier. Flere kilo klippeprøve behandles for at give nogle få gram apatit, som indeholder to typer temperaturafhængige stopure, eller termokronometre. Forskere kan finde ud af den langsigtede erosionshastighed ved at finde ud af, hvor hurtigt en sten bevæger sig mod jordens overflade, ved hjælp af en formel, der konverterer temperatur til dybde under jordens overflade og derefter dividerer dybde med tid.

Pérez-Consuegras undersøgelse afslørede, at de højeste erosionsrater forekommer nær de steder, der har de mest tektonisk aktive forkastninger. Mens nedbør kan fungere som en katalysator for erosion på overfladen af ​​bjergene, hovedkraften på spil er forkastninger, hvor sten graver op fra dybt under jordens overflade med hurtigere hastigheder.

"Tektonisk aktive forkastninger forårsager hævning af bjergene omkring Mocoa og gør også landskabet stejlere, " siger Pérez-Consuegra. "Stejlere og højere bjerge er mere tilbøjelige til at have jordskred. Regn, og specielt styrtregn, kan udløse jordskred, men det, der sætter scenen, er de tektoniske processer."

Hoke siger, at mens geomorfologer gerne vil tro, at nedbørsmængderne kan tage over som den største indflydelse på bjergdannelsen, Pérez-Consuegras forskning beviser, at Jordens indre deformation er hovedfaktoren.

"Mens tidligere arbejde inden for et øjekast med høj nedbør i Colombias østlige Cordillera oprindeligt pegede mod en stærk klimakontrol på bjergvækst, Nicolás' arbejde udvidede de samme typer observationer til et andet nedbørshotspot over 250 miles væk og fandt ud af, at hastighederne, hvormed sten transporteres til overfladen, var afhængige af forkastningsaktivitet, og ikke nedbørsmængde, " siger Hoke.

Pérez-Consuegra, hvem vil starte et postdoc-stipendium i miljøvidenskab på MIT til efteråret, bemærker, at geologisk viden er afgørende for at forudsige, hvilke områder i en tropisk bjergkæde der er mere tilbøjelige til at have jordskred, jordskælv og vulkanudbrud, og de katastrofale konsekvenser, som disse begivenheder kan have i de omkringliggende befolkninger.

"Det er vigtigt at investere i at lave bedre geologisk kortlægning i tropiske bjerge, for bedre at forstå den rumlige fordeling og geometrierne af tektonisk aktive forkastninger, " siger Pérez-Consuegra.

Læs mere om Pérez-Consuegras forskning i tidsskriftet Tektonik :"Sagen for tektonisk kontrol ved erosionsekshumation på de tropiske nordlige Andesbjerge baseret på termokronologiske data."