Under det senaste århundradet, forskare har kämpat med en kvarvarande fråga inom geologi:Varför fortsätter strukturen och höjden av vissa berg att utvecklas långt efter att de tektoniska krafterna som bildade dem upphör?

Genom att använda en ny modell för att utforska bergslandskapens underströmmar, Assistant Professor Sean Gallen från Colorado State University fann att det finns en ebb och ström av aktivitet i dessa berg, även på platser som är tektoniskt inaktiva eller förbi bergets "byggnad".

Gallens studie, som analyserade toppar i två av de mest besökta nationalparkerna i USA, Blue Ridge Parkway och Great Smoky Mountains, sätter till vila en hundraårig debatt om Tennessee Rivers lopp västerut.

Baserat på resultaten Gallen sa att detta flodsystem avledde från en mer direkt sydlig väg till Mexikanska golfen för cirka 10 miljoner år sedan. Åns omorganisation kan spåras till erosion och återspeglas i DNA från fiskar och salamander i vattendragen. Detta tyder på en koppling mellan bergslandskapets dynamik och evolutionen och mångfalden av vattenlevande arter.

Studien, "Litologiska kontroller av landskapsdynamik och akvatiska arters utveckling i post-orogena berg, " publicerades nyligen online i Earth and Planetary Science Letters .

Bergslandskap förblir aktiva under miljontals år

Traditionellt, forskare trodde att oländig bergig terräng långsamt och stadigt slits bort till en plan yta när en tektonisk episod tar slut. Men Gallen upptäckte att bergslandskap är ganska aktiva på grund av variationer i styrkan hos den underliggande bergarten.

Han använde modelleringstekniker för att avslöja effekterna av erosionen av hårdare berg i dessa nationalparker. Gallen fann att när hårdare stenar eroderar, exponerar mjukare ytor, vattenfall bildas vid geologiska kontakter.

"Detta ökar erosionshastigheterna och föryngrar landskapet, "Gallen, forskare vid institutionen för geovetenskap, förklarade. Och när vattenfallen tar sig till en vattendelare, klyftan kommer att migrera i riktning mot den lägre erosionshastigheten.

"Detta har en kaskadeffekt, öka erosionshastigheterna i en bassäng men, i den andra, sänka dessa priser, " han förklarade.

"Floden är glad"

Gallen sa att detta nya fynd hjälper till att förklara Tennessee River-systemets långa och slingrande väg, som rinner från Appalacherna och tar en abrupt vändning till västra North Carolina och östra Tennessee. Floden möter sedan Ohiofloden och mynnar ut i Mississippifloden.

"Detta är en av dessa oregelbundna funktioner som folk har varit nyfikna på, sade Gallen. Det är ovanligt att se en flod ta den här långa vägen. Något hände; det brukade rinna direkt söderut."

Forskaren hittade också geologiska bevis i den övre flodbassängen för en relativt ny omläggning av flodens lopp – spridning av sediment i Mexikanska golfen.

"Även om det är en längre resväg, med modern konfiguration och bergarter, det är minsta motståndets väg, " sa han. "Floden är "glad" i den här positionen."

Baserat på hans analys, Gallen samarbetar nu med biologer och andra forskare för att fördjupa sig i vad han har upptäckt.

"Denna debatt om Appalacherna har pågått sedan 1894, " sa han. "Jag är mest intresserad av att avslöja vad som har orsakat dessa störningar."

Tennessee River biologisk mångfald

Tennessee River Basin har den största mångfalden av sötvattensfisk i ett tempererat klimat i hela världen. Utanför tropikerna, det är en mycket viktig plats att studera biologisk mångfald, och forskare har analyserat DNA från små minnows kända som darters som finns där. Det är väldokumenterat inom biologi, men inte förstått, för 10 miljoner år sedan, det fanns en topp i divergensen för denna art, tillsammans med flera andra vattenlevande arter. Gallen sa att det är möjligt att vattenfallen fungerar som hinder; fisk kan gå nerför vattenfallet men kan inte gå tillbaka uppströms. Detta kan hjälpa till att förklara varför det finns så många olika härstamningar av dessa arter, över tid.