Iedereen die van wildwaterraften houdt op plaatsen zoals de Colorado-rivier, is veel dank verschuldigd aan de enorme rotsblokken die de schuimende golving creëren die bekend staat als stroomversnellingen, en nieuw onderzoek lijkt meer licht te werpen op hoe deze grote rotsen de torenhoge canyons om hen heen helpen vormen.

Charles M. Shobe en Rachel C. Glade, geologie afgestudeerde studenten aan de Universiteit van Colorado Boulder, argumenteren in een artikel dat onlangs online is gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Geologie -en gepland voor publicatie in print in juli 2019 - diezelfde rotsachtige monolieten spelen een belangrijke rol in de geologische evolutie van dergelijke canyons over grote tijdspannes - misschien zelfs meer dan de kanalen zelf.

"Onze resultaten impliceren dat de bestaande, kanaalgestuurde modellen voor canyon-evolutie zijn misschien te simplistisch, zelfs wanneer canyons evolueren onder een constante externe kracht, " zij schrijven.

"Mensen zijn al heel lang geïnteresseerd in riviercanyons, hoe ze het landschap en de erosie beheersen, " zegt Glade, wiens onderzoek zich richt op de geomorfologie van canyonwanden en die haar Ph.D. vorige maand. "Maar er is niet veel begrip over hoe ze fysiek werken."

De paper is co-auteur van de faculteitsadviseurs van het paar, Distinguished Professor in de Geologie Robert Anderson en Professor in de Geologie Greg Tucker.

Shobe en Glade hebben een computermodel gemaakt om de complexe, wisselwerking in twee richtingen tussen rotsblokken op de rivierbodem en hellingen om het verloop van de evolutie van de canyon te bepalen.

Rivieren die door "zachte" geologische formaties stromen, zijn meestal breed en vlak, zoals de Mississippi of South Platte. Maar rivieren die over "resistente rotsformaties" stromen - die met harde "caprock" in de bovenste lagen - hebben de neiging om smalle canyons te vormen met steile bovenste hellingen. Vanuit vogelperspectief, canyonranden - de kliffen die de rand van de kloof markeren - vormen een klokvorm terwijl de kloof stroomafwaarts breder wordt.

aanvankelijk, erosie zal sediment stroomafwaarts vervoeren, uiteindelijk het losmaken van grote blokken die in de rivier beneden tuimelen. Aanvankelijk, de aanwezigheid van dergelijke blokken heeft de neiging het proces van erosie te vertragen, wat op zijn beurt de hellingen minder steil maakt.

"Je kunt zien dat hoe groter de blokken zijn, hoe meer uitgesproken de klokvorm van de canyon, Glade zegt. "De grote blokken vertragen het vermogen van een canyon om in de loop van de tijd te eroderen en spelen een belangrijke rol bij het veranderen van de vorm van de canyon."

Echter, Het model van Shobe en Glade toonde aan dat in plaats van het proces simpelweg te vertragen, de aanwezigheid van grote keien in het kanaal creëerde een feedbacklus met steile hellingen, resulterend in een oscillerende snelheid van erosie en canyon-evolutie.

"Deze wisselwerking tussen kanaal- en hellingsdynamiek resulteert in zeer variabele erosiesnelheden op lange termijn, " zij schrijven.

"De voorspelling is als intrinsieke kenmerken van gesteentelagen de uiteindelijke vorm bepalen, dan breken de grotere stukken het gesteente in" - in het algemeen gesproken, hoe harder de rots, hoe groter het blok - "hoe meer klokvormig de kloof zal eindigen en hoe onvoorspelbaarder de erosiedynamiek zal zijn, ' zegt Shob.

Deze lente, het paar kreeg de kans om de voorspellingen van het model in de praktijk te testen, met dank aan een subsidie ​​van de Geological Society of America. Ze reisden naar het noorden van New Mexico, waar ze een drone gebruikten om de wanden en rotsblokken van de kloof in Rio Grande te fotograferen, en zijn nu bezig met het maken van een 3D-kaart van het onderzochte gebied.

Ze testen een van hun belangrijkste modelvoorspellingen:"De grootte van de rotsblokken komt overeen met de steilheid van de wanden van de kloof, " zegt Glade. "Als er een stapel grote rotsblokken is, hoe steiler de muren zouden moeten zijn."

Het model maakt de verplaatsing van blokken stroomafwaarts mogelijk in tijden van hogere stroom, maar de onderzoekers vonden erosiesporen in het veld die erop wezen dat rotsblokken lange tijd op hun plaats waren vastgeklemd.

"Hoewel ze zich zeker kunnen verplaatsen bij grote overstromingen, als ze groot genoeg zijn, ze kunnen daar honderden tot duizenden jaren zitten, "Zegt Shobe. "Daarom is de grootte van keien zo belangrijk bij het vormen van rivieren."

Shobe en Glade schrijven dat deze "kanaal-heuveldynamiek" significant genoeg is om andere factoren te overtreffen, zoals de snelheid van geologische stijging, "het in twijfel trekken van het vermogen van landschappen om tektonische en klimatologische signalen op te nemen of om gedurende deze tijd een stabiele toestand te bereiken.

Een beter begrip van hoe canyons met resistente rotsformaties worden gevormd, heeft implicaties die verder gaan dan geologie, zegt Shobe.

"De erosie en afbraak van gesteente is nauw verbonden met de klimaatcyclus en de balans van CO ₂ in de atmosfeer van de aarde. De snelheid waarmee gesteente wordt geërodeerd, en sediment wordt getransporteerd, is gekoppeld aan de klimaatcyclus en de langetermijnevolutie van de biodiversiteit, " hij zegt.

Het is ongebruikelijk voor twee Ph.D. kandidaten om baanbrekend nieuw onderzoek te publiceren in een prestigieus tijdschrift.

"We zijn heel blij, Shobe zegt. "Deze samenwerking laat zien dat twee afstudeerders samen kunnen komen en iets nieuws en unieks kunnen bedenken terwijl ze leren samenwerken als wetenschappers in de vroege carrière."