Chiunque ami il rafting in luoghi come il fiume Colorado ha un debito di gratitudine nei confronti degli enormi massi che creano l'ondulazione spumeggiante nota come rapide, e una nuova ricerca sembra gettare più luce su come queste grandi rocce aiutano a modellare gli imponenti canyon che li circondano.

Charles M. Shobe e Rachel C. Glade, studenti laureati in geologia presso l'Università del Colorado Boulder, argomentare in un articolo recentemente pubblicato online sulla prestigiosa rivista Geologia - e la cui pubblicazione è prevista per la stampa nel luglio 2019 - quegli stessi monoliti rocciosi svolgono un ruolo importante nell'evoluzione geologica di tali canyon attraverso vasti intervalli di tempo, forse anche più dei canali stessi.

"I nostri risultati implicano che l'esistente, i modelli guidati dal canale per l'evoluzione del canyon possono essere eccessivamente semplicistici, anche quando i canyon si evolvono sotto una costante forzatura esterna, " loro scrivono.

"La gente è stata interessata ai canyon fluviali per molto tempo, come controllano il paesaggio e l'erosione, "dice Glade, la cui ricerca si concentra sulla geomorfologia delle pareti del canyon e che ha completato il suo dottorato di ricerca. lo scorso mese. "Ma non c'è molta comprensione su come funzionano fisicamente".

Il documento è co-autore dei consulenti di facoltà della coppia, Illustre professore di geologia Robert Anderson e professore di geologia Greg Tucker.

Shobe e Glade hanno creato un modello al computer per comprendere il complesso, interazione bidirezionale tra i massi del fondo del fiume e i fianchi delle colline per determinare il corso dell'evoluzione del canyon.

I fiumi che scorrono attraverso formazioni geologiche "morbide" tendono ad essere larghi e piatti, come il Mississippi o il South Platte. Ma i fiumi che scorrono attraverso "formazioni rocciose resistenti" - quelli con "caprock" duro negli strati superiori - tendono a formare canyon stretti con ripidi pendii superiori. Da una prospettiva a volo d'uccello, i bordi del canyon, le scogliere che segnano il bordo del canyon, formano una forma a campana mentre il canyon si allarga a valle.

Inizialmente, l'erosione trasporterà i sedimenti a valle, alla fine allentando grandi blocchi che cadono nel fiume sottostante. All'inizio, la presenza di tali blocchi tende a rallentare il processo di erosione, che a sua volta rende i pendii meno ripidi.

"Puoi vedere che più grandi sono i blocchi, più pronunciata è la forma a campana del canyon, " dice Glade. "I grandi blocchi rallentano la capacità di un canyon di erodere nel tempo e giocano un ruolo importante nel cambiare la forma del canyon".

Però, Il modello di Shobe e Glade ha mostrato che invece di rallentare semplicemente il processo, la presenza di grossi massi nel canale creava un anello di retroazione con pendii ripidi, con conseguente tasso oscillante di erosione e di evoluzione del canyon.

"Questa interazione tra le dinamiche del canale e del pendio si traduce in tassi di erosione a lungo termine altamente variabili, " loro scrivono.

"La previsione è se le caratteristiche intrinseche degli strati rocciosi regolano l'eventuale forma, poi i pezzi più grandi in cui la roccia si frattura"—in generale, più dura è la roccia, più grande è il blocco - "più a forma di campana finirà il canyon e più imprevedibile sarà la dinamica dell'erosione, " dice Shobe.

Questa primavera, alla coppia è stata data l'opportunità di testare sul campo le previsioni del modello, per gentile concessione di una sovvenzione della Geological Society of America. Hanno viaggiato nel nord del New Mexico dove hanno usato un drone per fotografare le pareti del canyon e i massi del Rio Grande, e sono ora in procinto di creare una mappa 3D dell'area censita.

Stanno testando una delle loro principali previsioni del modello:"La dimensione dei massi corrisponde alla pendenza delle pareti del canyon, " dice Glade. "Se c'è un mucchio di grossi massi, più ripide dovrebbero essere le pareti."

Il modello consente lo spostamento dei blocchi a valle nei momenti di maggiore portata, ma i ricercatori hanno trovato segni di erosione nel campo che indicano che i massi sono stati incastrati sul posto per molto tempo.

"Mentre possono sicuramente muoversi in grandi inondazioni, quando sono abbastanza grandi, possono sedersi lì per centinaia o migliaia di anni, " Dice Shobe. "Ecco perché la dimensione dei massi è così importante nella formazione dei fiumi".

Shobe e Glade scrivono che queste "dinamiche canale-pendio" sono abbastanza significative da superare altri fattori, come il tasso di sollevamento geologico, "mettendo in discussione la capacità dei paesaggi di registrare segnali tettonici e climatici o di raggiungere uno stato stazionario durante questo periodo.

Una migliore comprensione di come si formano i canyon con formazioni rocciose resistenti ha implicazioni oltre la geologia, dice Shobe.

"L'erosione e la rottura della roccia sono intimamente connesse con il ciclo climatico e l'equilibrio della CO ₂ nell'atmosfera terrestre. La velocità con cui la roccia viene erosa, e il sedimento viene trasportato, è legato al ciclo climatico e all'evoluzione a lungo termine della biodiversità, " lui dice.

Non è comune per due dottorandi. candidati a pubblicare una nuova ricerca rivoluzionaria in una prestigiosa rivista.

"Siamo davvero contenti, " Dice Shobe. "Questa collaborazione dimostra che due studenti universitari possono incontrarsi e trovare qualcosa di nuovo e unico mentre imparano a collaborare come scienziati all'inizio della carriera".