Geologer använder zirkonmineralkorn för att rekonstruera hur jorden och dess landskap såg ut i antiken. Dessa mikroskopiska korn, vanligtvis ett mänskligt hårs bredd, registrera detaljerad information om när och var de bildades, gör dem till ett standardverktyg för att studera hur vår planet har förändrats genom tiderna.

En ny studie ledd av University of Texas vid Austin Jackson School of Geosciences tyder på att forskare bättre kan utnyttja zirkondata för att förstå hur landskap har utvecklats över tid genom att överväga en rad faktorer som kan snedvrida zirkongeokronologiska data och tolkning av sedimentens ursprung.

Studien, publicerad den 1 december i Earth and Planetary Science Letters , fokuserade på en metod som kallas detrital zircon U-Pb (uran-bly) geokronologi. Zirkon är ett idealiskt mineral för att spåra landskapsutveckling eftersom det finns i de flesta skorpor, är mycket hållbar (hårdare än diamant), och innehåller tre isotopklockor (kronometrar) som geoforskare kan använda.

Forskarna fann att uppskattningar av liggande erosion och sedimentspridning kan förbättras genom att ta hänsyn till flera faktorer:

• Berggrundsmaterialet urholkas i olika takt. Detta innebär att sediment i floder kommer att oproportionerligt berikas med zirkonkorn från svagare, eroderbara berggrundskällor.
• Zirkon fertilitet, en term som anger hur många zirkoner som finns i en berggrundskällregion. Material som producerar mindre zirkoner kan vara underrepresenterade i en studie om inte denna fråga redovisas.
• Vissa zirkoner kommer från material som har återvunnits med tiden. Det betyder att zirkonerna kan innehålla komplexa signaturer från flera erosionshändelser från olika bergarter.

Tomas Capaldi, en doktorsexamen student vid Jackson Schools institution för geologiska vetenskaper, ledde studien genom att samla in zirkonkornprov från moderna flodvattenområden i Andesbergen där sedimentkällor och dräneringsnät är välkända, vilket inte är fallet i gamla miljöer. Capaldis mål var att testa om zirkoner i flodsanden korrekt återspeglade erosionsmönstren i de moderna Anderna, och att förstå i vilken utsträckning ovannämnda faktorer - zirkonfertilitet, berggrundens erosionshastighet, och sedimentåtervinning— kan påverka resultaten.

"Vi undersöker hur vi kan använda sediment från moderna floder för att kalibrera oss för det gamla sedimentära rekordet, "Sa Capaldi. Forskningen involverade insamling av prover av flodsand och berggrund från dräneringsbassänger i Anderna i västra Argentina, över en region ungefär en femtedel så stor som Texas. Ph.D. studenten Margo Odlum och Ryan McKenzie, en biträdande professor vid University of Hong Kong och tidigare Jackson School Postdoctoral Fellow, hjälpte till med arbetet. Teamet samlade in 21 flodsandprover och 23 berggrundprover i Rio Mendoza och Rio San Juan bassänger, daterar cirka 120 zirkonkorn per prov.

Studien fann att den största skillnaden mellan kända uppströms berggrundskällor och nedströms flodsand registrerades av zirkoner i små, lokaliserade dräneringsavrinningar. Resultaten varierade efter plats. Till exempel, forskare fann att mindre, hög höjd Andinska flodupptagningar urholkade lättare svag berggrundsenheter och dessa sedimentkällor bidrog oproportionerligt mycket mer sand till floden än förväntat. I kontrast, zirkonerna var mer exakta vid provtagning av större flodsystem, som tar emot sand från hela regionen och registrerar den övergripande erosionen av Anderna.

Fynden är viktiga eftersom tusentals studier om året är beroende av detrital zirkon U-Pb geokronologi, sa Jackson School Professor

Brian Horton, Capaldis rådgivare och en medförfattare till tidningen.

"De antar alla att dessa sediment, dessa zirkonkorn, är exakta reflektioner eller en-till-en spårare av deras källregioner, "Horton sa." Det visar sig att det finns några allvarliga komplikationer. "

Den goda nyheten är att detta i stor utsträckning kan redogöras för av forskare inom området och lab, sa medförfattare och Jackson School Professor Danny Stockli.

"Du kanske måste ta några av dessa komplikationer som Tomas påpekar, kanske till och med utnyttja dem, för att få en bättre förståelse av den långsiktiga landskapsutvecklingen, " han sa.

Capaldi sa att studien klargör hur dessa faktorer påverkar mönster av erosion och sedimentspridning, och motiverar ytterligare forskning.

"Detta är den första språngstenen, "sa han." Vi försöker bestämma vad dessa zirkoner, som potentiella erosionsspårare, visar verkligen. "

Stockli sa att arbetet är viktigt eftersom studier av flodsand har exploderat under det senaste decenniet av forskare som försöker rekonstruera gamla landskap, och olje- och gasföretag som försöker bestämma sambandet mellan sand och generering av energireservoarer till havs. "Om du förstår hur floddräneringsområden utvecklats lär du dig något om hur planetens yta formades tidigare, "Sa Stockli." Samtidigt, människor använder dessa dräneringsområden för att förutsäga hur mycket sediment som levereras till havet. Dessa sanden ger ett minne om landskapets erosion och en förutsägelse för vad som kan vara offshore. "