En banbrytande teknik som fångar exakt hur berg böjer sig efter regndroppars vilja har hjälpt till att lösa en långvarig vetenskaplig gåta.

Den dramatiska effekten nederbörd har på utvecklingen av bergiga landskap diskuteras flitigt bland geologer, men ny forskning ledd av University of Bristol och publicerad idag i Vetenskapens framsteg , beräknar tydligt dess inverkan, ytterligare vår förståelse för hur toppar och dalar har utvecklats under miljontals år.

Dess fynd, som fokuserade på de mäktigaste bergskedjorna – Himalaya – banar också vägen för att förutsäga klimatförändringarnas möjliga inverkan på landskap och, i tur och ordning, mänskligt liv.

Huvudförfattare Dr Byron Adams, Royal Society Dorothy Hodgkin Fellow vid universitetets Cabot Institute for the Environment, sa:"Det kan tyckas intuitivt att mer regn kan forma berg genom att få floder att skära ner i stenar snabbare. Men forskare har också trott att regn kan erodera ett landskap tillräckligt snabbt för att i huvudsak "suga" stenarna ur jorden, effektivt dra upp berg mycket snabbt. Båda dessa teorier har diskuterats i årtionden eftersom de mätningar som krävs för att bevisa dem är så mödosamt komplicerade. Det är det som gör denna upptäckt till ett så spännande genombrott, eftersom det starkt stöder uppfattningen att atmosfäriska och fasta jordprocesser är intimt förbundna."

Även om det inte råder brist på vetenskapliga modeller som syftar till att förklara hur jorden fungerar, den större utmaningen kan vara att göra tillräckligt bra observationer för att testa vilka som är mest exakta.

Studien var baserad i centrala och östra Himalaya i Bhutan och Nepal, eftersom denna region i världen har blivit ett av de mest samplade landskapen för studier av erosionshastighet. Dr Adams, tillsammans med medarbetare från Arizona State University (ASU) och Louisiana State University, använde kosmiska klockor i sandkorn för att mäta hastigheten med vilken floder eroderar stenarna under dem.

"När en kosmisk partikel från yttre rymden når jorden, det kommer sannolikt att träffa sandkorn på sluttningar när de transporteras mot floder. När detta händer, vissa atomer inom varje sandkorn kan förvandlas till ett sällsynt grundämne. Genom att räkna hur många atomer av detta element som finns i en påse med sand, vi kan räkna ut hur länge sanden har legat där, och därför hur snabbt landskapet har eroderats, " sa Dr. Adams.

"När vi har erosionshastigheter från hela bergskedjan, vi kan jämföra dem med variationer i flodbranthet och nederbörd. Dock, En sådan jämförelse är enormt problematisk eftersom varje datapunkt är mycket svår att producera och den statistiska tolkningen av alla data tillsammans är komplicerad."

Dr. Adams övervann denna utmaning genom att kombinera regressionstekniker med numeriska modeller av hur floder eroderar.

"Vi testade en mängd olika numeriska modeller för att reproducera det observerade erosionshastighetsmönstret över Bhutan och Nepal. Till slut kunde bara en modell exakt förutsäga de uppmätta erosionshastigheterna, "Dr. Adams sa. "Denna modell tillåter oss för första gången att kvantifiera hur nederbörd påverkar erosionshastigheter i oländig terräng."

Forskningssamarbetspartner professor Kelin Whipple, Professor i geologi vid ASU, sa:"Våra resultat visar hur viktigt det är att ta hänsyn till nederbörd när man bedömer mönster av tektonisk aktivitet med hjälp av topografi, och ger också ett viktigt steg framåt för att ta itu med hur mycket glidhastigheten på tektoniska förkastningar kan kontrolleras av klimatdriven erosion på ytan."

Studiens resultat har också viktiga konsekvenser för markanvändning, underhåll av infrastruktur, och faror i Himalaya.

I Himalaya, det finns den ständigt närvarande risken att höga erosionshastigheter drastiskt kan öka sedimentationen bakom dammar, äventyra kritiska vattenkraftprojekt. Fynden tyder också på att större nederbörd kan undergräva sluttningar, ökar risken för skräpflöden eller jordskred, varav några kan vara tillräckligt stora för att dämma upp floden, vilket skapar en ny fara – översvämningar av sjöutbrott.

Dr. Adams tillade:"Vår data och analys ger ett effektivt verktyg för att uppskatta erosionsmönster i bergiga landskap som Himalaya, och sålunda, kan ge ovärderlig insikt om de faror som påverkar de hundratals miljoner människor som bor i och vid foten av dessa berg."

Forskningen finansierades av Royal Society, UK Natural Environmental Research Council (NERC), och National Science Foundation (NSF) i USA.

Med utgångspunkt i denna viktiga forskning, Dr Adams undersöker för närvarande hur landskap reagerar efter stora vulkanutbrott.

"Denna nya gräns för modellering av landskapsutveckling kastar också nytt ljus över vulkaniska processer. Med våra banbrytande tekniker för att mäta erosionshastigheter och bergegenskaper, vi kommer att kunna bättre förstå hur floder och vulkaner har påverkat varandra tidigare, "Dr. Adams sa. "Detta kommer att hjälpa oss att mer exakt förutse vad som sannolikt kommer att hända efter framtida vulkanutbrott och hur man hanterar konsekvenserna för samhällen som bor i närheten."