Alla som gillar forsränning på platser som Colorado River är tacksamma för de enorma stenblocken som skapar den skummande böljningen som kallas forsar, och ny forskning verkar kasta mer ljus över hur dessa stora stenar hjälper till att forma de höga kanjonerna runt dem.

Charles M. Shobe och Rachel C. Glade, geologi doktorander vid University of Colorado Boulder, argumentera i en artikel som nyligen publicerats online i den prestigefyllda tidskriften Geologi - och planerad att publiceras i tryck i juli 2019 - spelar samma steniga monoliter en stor roll i den geologiska utvecklingen av sådana kanjoner över stora tidsperioder - kanske till och med mer än själva kanalerna.

"Våra resultat innebär att de befintliga, kanaldrivna modeller för canyonutveckling kan vara alltför förenklade, även när raviner utvecklas under en stadig extern påtvingning, " de skriver.

"Människor har varit intresserade av flodkanjoner under lång tid, hur de kontrollerar landskapet och erosionen, säger Glade, vars forskning fokuserar på geomorfologi för kanjonväggar och som avslutade sin doktorsexamen. förra månaden. "Men det finns inte mycket förståelse för hur de fungerar fysiskt."

Tidningen är medförfattare av parets fakultetsrådgivare, Framstående professor i geologi Robert Anderson och professor i geologi Greg Tucker.

Shobe och Glade skapade en datormodell för att förstå komplexet, tvåvägs samspel mellan stenblock och flodbotten för att bestämma utvecklingen av canyon.

Floder som flyter genom "mjuka" geologiska formationer tenderar att vara breda och plana, som Mississippi eller South Platte. Men floder som flyter över "resistenta bergformationer" - de med hård "caprock" i de övre skikten - tenderar att bilda smala kanjoner med branta övre sluttningar. Ur fågelperspektiv, kanjonfälgar - klipporna som markerar kanjonens kant - bildar en klockform när kanjonen vidgas nedströms.

Initialt, erosion kommer att bära sediment nedströms, så småningom lossnar stora block som tumlar ner i floden nedanför. I början, närvaron av sådana block tenderar att bromsa erosionsprocessen, vilket i sin tur gör sluttningar mindre branta.

"Du kan se att ju större blocken är, ju mer uttalad klockformen i kanjonen, "Glade säger." De stora blocken saktar ner en ravins förmåga att erodera över tid och spelar en viktig roll för att ändra ravins form. "

Dock, Shobe och Glades modell visade att snarare än att bara bromsa processen, närvaron av stora stenblock i kanalen skapade en återkopplingsslinga med branta sluttningar, vilket resulterar i en oscillerande erosionshastighet och kanjonutveckling.

"Detta samspel mellan kanal- och hillslope-dynamik resulterar i mycket varierande erosionshastigheter på lång sikt, " de skriver.

"Prognosen är, om inneboende egenskaper hos bergskikt styr den slutliga formen, sedan bryts de större bitarna in i " - allmänt sett, ju hårdare berget, ju större blocket-"ju mer klockformad kanjonen kommer att hamna och ju mer oförutsägbar blir erosionsdynamiken, "Säger Shobe.

I vår, paret fick en möjlighet att testa modellens förutsägelser, med tillstånd av ett bidrag från Geological Society of America. De reste till norra New Mexico där de använde en drönare för att fotografera kanjonväggar och stenblock i Rio Grande, och håller nu på att skapa en 3D-karta över det undersökta området.

De testar en av deras huvudmodellprognoser:"Stenblockens storlek motsvarar brantheten i kanjonväggarna, "Glade säger." Om det finns en hög med stora stenblock, desto brantare ska väggarna vara. "

Modellen möjliggör förflyttning av block nedströms vid tider med högre flöde, men forskarna hittade erosionsmärken i fältet som tyder på att stenblock har fastklämts länge.

"Även om de definitivt kan röra sig vid stora översvämningar, när de är tillräckligt stora, de kan sitta där i hundratals till tusentals år, "Säger Shobe." Det är därför storleken på stenblock är så viktigt för att forma floder. "

Shobe och Glade skriver att dessa "kanal-backar-dynamik" är tillräckligt betydande för att uppväga andra faktorer, såsom hastigheten för geologisk höjning, "ifrågasätter landskapets förmåga att spela in tektoniska och klimatsignaler eller att nå ett stabilt tillstånd under denna tid.

Bättre förståelse för hur kanjoner med resistenta bergformationer bildas har konsekvenser utöver geologi, Säger Shobe.

"Erosion och nedbrytning av berg är intimt kopplat till klimatcykeln och CO -balansen ₂ i jordens atmosfär. De hastigheter med vilka berg eroderas, och sediment transporteras, är kopplad till klimatcykeln och den långsiktiga utvecklingen av biologisk mångfald, " han säger.

Det är ovanligt att två doktorander kandidater att publicera banbrytande ny forskning i en prestigefylld tidskrift.

"Vi är verkligen nöjda, "Shobe säger." Detta samarbete visar att två studenter kan gå ihop och hitta på något nytt och unikt samtidigt som de lär sig att samarbeta som forskare i tidig karriär. "