Una tecnica pionieristica che cattura con precisione come le montagne si piegano alla volontà delle gocce di pioggia ha contribuito a risolvere un enigma scientifico di lunga data.

L'effetto drammatico che le precipitazioni hanno sull'evoluzione dei paesaggi montuosi è ampiamente dibattuto tra i geologi, ma una nuova ricerca condotta dall'Università di Bristol e pubblicata oggi in Progressi scientifici , calcola chiaramente il suo impatto, approfondire la nostra comprensione di come le vette e le valli si siano sviluppate nel corso di milioni di anni.

Le sue scoperte, che si è concentrato sulla più potente delle catene montuose, l'Himalaya, ha anche aperto la strada alla previsione del possibile impatto del cambiamento climatico sui paesaggi e, a sua volta, vita umana.

L'autore principale Dr. Byron Adams, Dorothy Hodgkin Fellow della Royal Society presso il Cabot Institute for the Environment dell'università, ha detto:"Può sembrare intuitivo che più pioggia possa modellare le montagne facendo ridurre i fiumi in rocce più velocemente. Ma gli scienziati hanno anche creduto che la pioggia possa erodere un paesaggio abbastanza rapidamente da "risucchiare" le rocce dalla Terra, tirando su le montagne in modo efficace molto rapidamente. Entrambe queste teorie sono state dibattute per decenni perché le misurazioni necessarie per dimostrarle sono così scrupolosamente complicate. Questo è ciò che rende questa scoperta una svolta così eccitante, in quanto supporta fortemente l'idea che i processi atmosferici e quelli della terra solida siano intimamente connessi".

Sebbene non manchino modelli scientifici volti a spiegare come funziona la Terra, la sfida più grande può essere fare abbastanza buone osservazioni per testare quali sono le più accurate.

Lo studio si è svolto nell'Himalaya centrale e orientale del Bhutan e del Nepal, perché questa regione del mondo è diventata uno dei paesaggi più campionati per gli studi sul tasso di erosione. Dottor Adams, insieme ai collaboratori dell'Arizona State University (ASU) e della Louisiana State University, usarono orologi cosmici all'interno di granelli di sabbia per misurare la velocità con cui i fiumi erodono le rocce sottostanti.

"Quando una particella cosmica dallo spazio esterno raggiunge la Terra, è probabile che colpisca i granelli di sabbia sui pendii delle colline mentre vengono trasportati verso i fiumi. Quando questo accade, alcuni atomi all'interno di ogni granello di sabbia possono trasformarsi in un elemento raro. Contando quanti atomi di questo elemento sono presenti in un sacco di sabbia, possiamo calcolare da quanto tempo c'è la sabbia, e quindi quanto velocemente il paesaggio si sta erodendo, " ha detto il dottor Adams.

"Una volta che avremo tassi di erosione da tutta la catena montuosa, possiamo confrontarli con le variazioni della pendenza del fiume e delle precipitazioni. Però, tale confronto è estremamente problematico perché ogni punto dati è molto difficile da produrre e l'interpretazione statistica di tutti i dati insieme è complicata".

Il Dr. Adams ha superato questa sfida combinando tecniche di regressione con modelli numerici di come i fiumi si erodono.

"Abbiamo testato un'ampia varietà di modelli numerici per riprodurre il modello del tasso di erosione osservato in Bhutan e Nepal. Alla fine solo un modello è stato in grado di prevedere con precisione i tassi di erosione misurati, " Ha detto il dottor Adams. "Questo modello ci consente per la prima volta di quantificare come le precipitazioni influiscano sui tassi di erosione in terreni accidentati".

Collaboratore di ricerca Professor Kelin Whipple, Professore di Geologia all'ASU, ha dichiarato:"I nostri risultati mostrano quanto sia fondamentale tenere conto delle precipitazioni quando si valutano i modelli di attività tettonica utilizzando la topografia, e forniscono anche un passo avanti essenziale nell'affrontare quanto il tasso di scorrimento sulle faglie tettoniche può essere controllato dall'erosione climatica in superficie".

I risultati dello studio comportano anche importanti implicazioni per la gestione dell'uso del suolo, manutenzione delle infrastrutture, e pericoli in Himalaya.

Nell'Himalaya, c'è il rischio sempre presente che alti tassi di erosione possano aumentare drasticamente la sedimentazione dietro le dighe, mettere a rischio progetti idroelettrici critici. I risultati suggeriscono anche che una maggiore piovosità può minare i pendii delle colline, aumento del rischio di colate detritiche o smottamenti, alcuni dei quali potrebbero essere abbastanza grandi da arginare il fiume creando un nuovo pericolo:inondazioni da esondazione del lago.

Il Dr. Adams ha aggiunto:"I nostri dati e le nostre analisi forniscono uno strumento efficace per stimare i modelli di erosione in paesaggi montuosi come l'Himalaya, e quindi, può fornire informazioni preziose sui pericoli che influenzano le centinaia di milioni di persone che vivono all'interno e ai piedi di queste montagne".

La ricerca è stata finanziata dalla Royal Society, il Consiglio per la ricerca sull'ambiente naturale del Regno Unito (NERC), e la National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti.

Basandosi su questa importante ricerca, Il dottor Adams sta attualmente esplorando come reagiscono i paesaggi dopo grandi eruzioni vulcaniche.

"Questa nuova frontiera della modellazione dell'evoluzione del paesaggio sta anche gettando nuova luce sui processi vulcanici. Con le nostre tecniche all'avanguardia per misurare i tassi di erosione e le proprietà delle rocce, potremo capire meglio come fiumi e vulcani si sono influenzati a vicenda in passato, " Ha detto il dottor Adams. "Questo ci aiuterà ad anticipare con maggiore precisione ciò che è probabile che accada dopo future eruzioni vulcaniche e come gestire le conseguenze per le comunità che vivono nelle vicinanze".