Ett kärnrör som innehåller saprolit från underytan vid studieplatsen i Sierra Nevada. Kärnor erhölls med användning av ett Geoprobe push-core system. Kredit:P. Hartsough
En forskare från University of Wyoming och hans team upptäckte att vittring av berg under ytan i södra Sierra Nevada-bergen i Kalifornien sker på grund av mer på att stenar expanderar än på grund av kemisk nedbrytning, som tidigare trott.
Porositet, tomrummet i sten, ansågs konventionellt produceras när vatten rinner genom berget, vilket resulterar i att mineraler löses kemiskt. Eftersom bergsvattendelar ger stora vattenreservoarer, de nya rönen är relevanta för vattenresursförvaltning i hela USA.
"Det är viktigt att förstå vad som händer i det underjordiska lagret. Det har enorm kapacitet att lagra vatten. I bergslandskap, saproliten kan vara det enda som håller skog vid liv under tider av torka, säger Cliff Riebe, en docent vid UW:s institution för geologi och geofysik. "Det här har varit känt ett tag. Vad vi inte vet är "Hur produceras lagringsutrymmet?" Saprolit är svår att komma åt. Du måste gräva ner under jorden. Det har sällan studerats. Det är viktigt att förstå detta lager mellan jord och berg."
Saprolite, som Riebe refererar till som "rutten sten, " är zonen av väderbitna bergarter som behåller de relativa positionerna för mineralkorn i moderberggrunden och ligger mellan lagret av jord och hårdare berg under.
Riebe var motsvarande författare till en tidning, med titeln "Porosity Production in Weathered Rock:Where Volumetric Strain Dominates over Chemical Mass Loss, " som publicerades idag (18 september) i Vetenskapliga framsteg , en avkomma publikation av Vetenskap . Onlinetidskriften publicerar betydande, innovativ originalforskning som flyttar fram vetenskapens gränser och utökar de standarder för spetskompetens som fastställts av Vetenskap .
Kärnor erhölls med användning av ett Geoprobe push-core system. Kredit:A. Malazian
Jorden Hayes, en före detta Ph.D. examen från UW och nu biträdande professor i geovetenskaper vid Dickinson College i Carlisle, Pa., var tidningens huvudförfattare. Bidragande författare var Steve Holbrook, en tidigare UW-professor i geologi och geofysik och nu professor och avdelningschef vid Virginia Tech University; Brady Flinchum, som var Ph.D. student vid UW vid den tidpunkt då forskningen genomfördes; och Peter Hartsough, en biträdande projektforskare vid Department of Land, Luft- och vattenresurser vid University of California-Davis.
Volumetrisk töjning definieras som att expansionsmaterialet genomgår under vittringsprocessen. Berg som helt är fast har ingen porositet. Att förstå hur porositet produceras av volymetrisk töjning och massförlust är viktigt över ett brett spektrum av problem inom hydrologi, biogeokemi, ekologi och geomorfologi, säger Riebe.
Vad forskare vanligtvis har antagit, Riebe säger, är att expansion av bergarter inte är så viktigt. Det som upptäcktes av Riebe och hans team är att expansion i stenar dominerar den faktiska vittringsprocessen i studieområdet.
"Expansion är svår att mäta, så det har ignorerats i tidigare arbete, " förklarar Riebe.
"Stenen där expanderar faktiskt till mer än dubbelt så stor som den ursprungliga volymen när den vittrar, " säger Hayes. "Detta är förvånande eftersom vi vanligtvis inte tänker på att sten expanderar i en sådan grad, och forskare tänker konventionellt på att stenvittring domineras av kemisk upplösning när regnvatten rinner från underytan."
Seismisk refraktionsdata samlas in från geofoner som registrerar ankomsten av energi som skickas genom den grunda underytan av släggaslag mot ytan. Alec Spears (till vänster) och Troy Covill var studenter vid University of Wyoming vid tidpunkten för studien. Cliff Riebe, en docent vid UW:s institution för geologi och geofysik, och hans forskargrupp upptäckte att vittring av berg under ytan i södra Sierra Nevada-bergen i Kalifornien uppstår mer på grund av att stenar expanderar än på grund av kemisk nedbrytning, som tidigare trott. Kredit:Russell Callahan
Trädrötter, till exempel, kan orsaka expansion av berget genom att kila upp saprolitmaterialet. Issprickor under vintern skulle ge samma effekt.
"Vi tror att en del av historien är att växtligheten gör detta på högre höjder, " säger Riebe. "Vi tror att det kommer att vara mindre viktigt på de lägre höjderna. Vi förväntar oss inte lika mycket rot, alltså mindre volymetrisk expansion och mer kemisk massaförlust. Detta leder till nya potentiella upptäckter."
Forskningen, som har pågått sedan 2011, bygger på befintlig information om väderpåverkan och ytprocesser vid Southern Sierra Critical Zone Observatory.
"Vår upptäckt är särskilt spännande när vi tänker på andra landskap som också kan utsättas för dessa fysiska mekanismer och har förmågan att lagra stora volymer vatten, " säger Hayes.
"Saprolit i södra Sierra Nevada-bergen är en vattenkälla för ekosystem och människor. Att förstå det är viktigt, " säger Riebe. "Klimatet förändras. Det hjälper oss att förstå en viktig reservoar för vatten i västra USA."
