Исследование Сыльги Мун, доцента геологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, и его коллег из Массачусетского технологического института и Университета Вайоминга опубликовано 30 октября в журнале Science. Их выводы также могут помочь предсказать характеристики водоемов, содержащих грунтовые воды, и определить холмы и горы, которые нестабильны и могут быть подвержены оползням.Их исследования были сосредоточены на коренных породах, прямо под почвой, корнями и поверхностью Земли. Коренная порода — это слой в нижней части того, что геологи называют «критической зоной», потому что его трещины и разломы обеспечивают проходы воздуха и воды, которые разрушают горные породы и образуют почву, которая является важным ингредиентом для всех живых организмов.
Химическое и физическое разложение горных пород в слое коренных пород, которое ученые называют «выветриванием», может влиять на то, как ландшафты Земли развиваются с течением времени, а химические реакции помогают регулировать климат Земли за счет потребления углекислого газа.Но до сих пор ученые не могли точно предсказать, насколько широко или глубоко простирается выветрившаяся часть коренной породы или насколько обширно выветривание в каком-либо конкретном месте.Мун и ее коллеги разработали математическую модель, которая оценивает величину напряжения, которому подвергается коренная порода — от веса горных пород в верхних слоях и от сил тектонических плит ниже — что позволит им и другим ученым предсказать, где возникают трещины. может произойти.
В исследовании впервые используются реальные данные геофизических изображений коренных пород на глубине, чтобы продемонстрировать, что форма ландшафта или топография могут влиять на трещиноватость коренных пород.Мун проводила исследование с 2013 по начало этого года, когда она была докторантом Массачусетского технологического института, работая с Тейлором Перроном, доцентом Массачусетского технологического института.
Они обнаружили, что если ландшафт подвергается лишь небольшому сжатию из-за движения тектонических плит, зоны трещин в коренных породах имитируют топографию. С другой стороны, если регион подвергается сильному сжатию со стороны тектонических плит, дно зон трещиноватости будет по существу обратным рельефу поверхности.Чтобы протестировать модель, группа сотрудничала с исследователями из Университета Вайоминга, которые специализируются на измерении сейсмических волн в коренных породах, а также на удельном электрическом сопротивлении и построении изображений скважин, которые могут определить степень трещиноватости, присутствующих в коренных породах. Команда проанализировала сейсмические исследования участков с разной степенью тектонического сжатия в Колорадо, Южной Каролине и Мэриленде и обнаружила, что измеренные формы зон трещиноватости коренных пород на всех трех участках совпадают с профилями, предсказанными их моделью.
Исследование частично финансировалось Исследовательским управлением армии США.