Sappiamo meno del terreno sotto i nostri piedi di quanto sappiamo della superficie di Marte, ma una nuova ricerca dei geoscienziati dell'Università del Colorado Boulder fa luce su questo mondo nascosto dalle creste ai fondovalle e mostra come le precipitazioni modellano la parte del nostro pianeta che è appena oltre il punto in cui possiamo vedere.

La Terra è popolarmente conosciuta come la "terza roccia del sole, " Eppure la roccia dura è rara sulla superficie del suolo. Gli scienziati hanno soprannominato la vegetazione, suolo e detriti che immagazzinano acqua che nascondono l'interno roccioso della Terra alla vista della "zona critica". Il nome onora il fatto che questa zona è contemporaneamente essenziale per la vita ed è modellata da organismi viventi. Il carattere della zona critica, in particolare la sua profondità, controlla il modo in cui le acque sotterranee vengono immagazzinate e rilasciate ai corsi d'acqua.

Le acque sotterranee forniscono le risorse idriche che sono la linfa vitale dell'agricoltura e dell'industria nella nazione, e in effetti in tutto il mondo. Ma le acque sotterranee in sé non sono passive. Reagisce con la roccia lungo il suo percorso, e così facendo trasforma chimicamente la roccia e raccoglie minerali e sostanze nutritive disciolti.

I ricercatori sono stati ispirati a studiare le differenze fondamentali tra due Critical Zone Observatories (CZO) supportati dalla National Science Foundation. Nel Boulder Creek CZO nel Colorado Front Range, roccia fresca si trova sotto un sottile strato di terreno e roccia rotta che ricopre uniformemente i pendii. Nel Calhoun CZO nel Piemonte del South Carolina, roccia fresca è molto al di sotto della superficie, e la zona critica si gonfia fittamente sotto le creste di cresta e si assottiglia sotto i fondovalle. E i terreni del Colorado sono grigio-marroni e rocciosi, in contrasto con le argille rosse della Carolina del Sud.

I ricercatori della CU Boulder hanno cercato di capire perché questa coltre di suolo che sostiene la vita e che immagazzina l'acqua e la roccia erosa sottostante variano così tanto da un luogo all'altro. I coautori includevano il distinto professor Robert S. Anderson del Dipartimento di scienze geologiche della CU Boulder, Professore Harihar Rajaram del Professore Harihar Rajaram del Dipartimento di Scienze Civili della CU Boulder, Ambientale, e Ingegneria dell'Architettura, e la professoressa Suzanne P. Anderson del dipartimento di geografia della CU Boulder.

"Il nostro obiettivo era creare un modello per spiegare perché si verificano queste differenze, ", ha detto Suzanne Anderson.

I ricercatori si sono concentrati su una delle differenze più evidenti tra i due siti:il tempo. Hanno costruito un modello numerico per verificare se le precipitazioni molto maggiori nel sud-est potrebbero spiegare le grandi differenze nella profondità degli agenti atmosferici. Nel modello, l'acqua piovana viene tracciata mentre filtra attraverso il paesaggio, e fa sì che i minerali delle rocce si alterano (o si trasformano) in argilla. Poiché i processi di invecchiamento sono lenti, era necessario includere anche la formazione del suolo e l'erosione.

"Il disfacimento del substrato roccioso può essere il processo geologico più importante, poiché produce il suolo da cui dipendiamo per la nostra esistenza, "dice Richard Yuretich, direttore del programma NSF Critical Zone Observatories, che ha finanziato la ricerca.

I risultati, pubblicato oggi in un numero speciale della rivista Processi idrologici dedicato al ruolo dell'acqua nella zona critica, mostrano che una zona critica poco profonda di tipo Colorado si forma in condizioni di siccità, mentre uno spesso, zone critiche ondulate di tipo South Carolina si formano in condizioni di bagnato.

In altre parole, il modello riesce a spiegare le drastiche differenze di questi paesaggi. La connettività del sistema ha affascinato il team di ricerca.

"È affascinante come i modelli semplici nello spessore della zona critica rispondano al clima, all'erosione, e senza dubbio a processi che non abbiamo ancora considerato, " ha detto Suzanne Anderson, che è anche membro dell'Istituto di ricerca artica e alpina di CU Boulder (INSTAAR). "Essere in grado di prevedere questi modelli di invecchiamento ci mette in grado di capire le cose a cui teniamo, dall'approvvigionamento idrico al mantenimento di suoli sani".

"Le risorse del suolo sono preziose, " ha detto Robert Anderson, anche un collega INSTAAR. "Uno degli aspetti del paesaggio che abbiamo dovuto abbracciare in questo sforzo di modellazione è che ci vogliono migliaia di anni per generare il suolo che abbiamo. Se viene raschiato via o usato in modo improprio, non sarà sostituito nei tempi umani. Una cattiva gestione significa che non lo riavrai mai indietro".

"Ma per me", Egli ha detto, "è abbastanza interessante, e abbastanza soddisfacente, per spiegare perché puoi scavare una fossa profonda 20 piedi con una pala in South Carolina, e devono ricorrere a un piccone entro 2 piedi in Colorado. Tutto dipende dal tempo".