Un tubo centrale contenente saprolite dal sottosuolo nel sito di studio della Sierra Nevada. I nuclei sono stati ottenuti utilizzando un sistema push-core Geoprobe. Credito:P. Hartsough
Un ricercatore dell'Università del Wyoming e il suo team hanno scoperto che l'erosione della roccia del sottosuolo nelle montagne della Sierra Nevada meridionale della California si verifica più a causa dell'espansione delle rocce che per la decomposizione chimica, come si pensava in precedenza.
Porosità, lo spazio vuoto nella roccia, era convenzionalmente pensato per essere prodotto quando l'acqua scorre attraverso la roccia, con conseguente dissoluzione chimica dei minerali. Poiché lo spartiacque montano fornisce grandi riserve d'acqua, le nuove scoperte sono rilevanti per la gestione delle risorse idriche in tutti gli Stati Uniti.
"È importante capire cosa sta succedendo nello strato sotterraneo. Ha un'enorme capacità di immagazzinare acqua. Nei paesaggi montani, la saprolite può essere l'unica cosa che mantiene in vita le foreste durante i periodi di siccità, "dice Cliff Riebe, professore associato presso il Dipartimento di Geologia e Geofisica dell'UW. "Questo è noto da tempo. Quello che non sappiamo è 'Come viene prodotto lo spazio di archiviazione?' La saprolite è di difficile accesso. Devi scavare sotto terra. Raramente è stata studiata. Comprendere questo strato tra il suolo e la roccia è importante".
saprolite, che Riebe chiama "roccia marcia, " è la zona di roccia alterata che mantiene le posizioni relative dei grani minerali della roccia madre e si trova tra lo strato di terreno e la roccia più dura sottostante.
Riebe era l'autore corrispondente di un articolo, intitolato "Produzione di porosità nella roccia esposta all'aria:dove la deformazione volumetrica domina sulla perdita di massa chimica, " che è stato pubblicato oggi (18 settembre) in Progressi scientifici , una pubblicazione prole di Scienza . La rivista online pubblica importanti, ricerca originale innovativa che avanza le frontiere della scienza ed estende gli standard di eccellenza stabiliti da Scienza .
I nuclei sono stati ottenuti utilizzando un sistema push-core Geoprobe. Crediti:A. Malazian
Jordan Hayes, un ex dottorato di ricerca laureato alla UW e ora assistente professore di scienze della terra al Dickinson College di Carlisle, Papà., era l'autore principale del giornale. Gli scrittori che hanno collaborato includevano Steve Holbrook, un ex professore UW di geologia e geofisica e ora professore e capo dipartimento alla Virginia Tech University; Brady Flinchum, chi era un dottorato di ricerca studente presso UW al momento in cui è stata condotta la ricerca; e Peter Hartsough, un assistente scienziato di progetto presso il Dipartimento del Territorio, Aria e risorse idriche presso l'Università della California-Davis.
La deformazione volumetrica è definita come il materiale di espansione subisce durante il processo di invecchiamento. La roccia che è tutta solida non ha porosità. Comprendere come la porosità viene prodotta dalla deformazione volumetrica e dalla perdita di massa è importante in un'ampia gamma di problemi in idrologia, biogeochimica, ecologia e geomorfologia, Riebe dice.
Ciò che gli scienziati hanno comunemente assunto, Riebe dice, è che l'espansione delle rocce non è così importante. Ciò che è stato scoperto da Riebe e dal suo team è che l'espansione nelle rocce domina l'effettivo processo di invecchiamento nella regione di studio.
"L'espansione è difficile da misurare, quindi è stato ignorato nel lavoro precedente, "Spiega Riebe.
"La roccia si sta effettivamente espandendo a più del doppio del volume iniziale man mano che si altera, " Dice Hayes. "Questo è sorprendente perché di solito non pensiamo che il rock si espanda a un tale livello, e gli scienziati pensano convenzionalmente che l'erosione delle rocce sia dominata dalla dissoluzione chimica mentre l'acqua piovana scorre dal sottosuolo".
I dati di rifrazione sismica vengono raccolti da geofoni che registrano l'arrivo di energia inviata attraverso il sottosuolo superficiale da colpi di mazza in superficie. Alec Spears (a sinistra) e Troy Covill erano studenti dell'Università del Wyoming al momento dello studio. Cliff Riebe, professore associato presso il Dipartimento di Geologia e Geofisica dell'UW, e il suo team di ricerca ha scoperto che l'erosione della roccia del sottosuolo nelle montagne della Sierra Nevada meridionale della California si verifica più a causa dell'espansione delle rocce che per la decomposizione chimica, come si pensava in precedenza. Credito:Russell Callahan
Radici d'albero, Per esempio, può causare l'espansione della roccia incuneando il materiale saprolite. La rottura del ghiaccio durante l'inverno causerebbe lo stesso effetto.
"Pensiamo che parte della storia sia che la vegetazione lo fa ad altitudini più elevate, " Riebe dice. "Pensiamo che sarà meno importante alle quote più basse. Non ci aspettiamo tanto radicamento, quindi minore espansione volumetrica e maggiore perdita di massa chimica. Questo porta a nuove potenziali scoperte".
La ricerca, che è in corso dal 2011, si basa sulle informazioni esistenti sull'erosione e sui processi di superficie presso il Southern Sierra Critical Zone Observatory.
"La nostra scoperta è particolarmente eccitante in quanto pensiamo ad altri paesaggi che possono essere soggetti a questi meccanismi fisici e hanno la capacità di immagazzinare grandi volumi d'acqua, "dice Hayes.
"La saprolite nelle montagne della Sierra Nevada meridionale è una fonte di acqua per gli ecosistemi e gli esseri umani. Comprenderla è importante, " Riebe dice. "Il clima sta cambiando. Ci aiuta a capire un importante serbatoio per l'acqua negli Stati Uniti occidentali".
