Первая модель эволюции поверхности Земли с высоким разрешением

Климат, тектоника плит и различные поверхностные процессы — в частности, перенос и накопление осадков с суши в океаны — постоянно формируют Землю с течением времени. Исследователи из Сиднейского университета в сотрудничестве с французскими учеными предлагают высокодетальную геологическую модель того, как развивалась поверхность нашей планеты в течение последних 100 миллионов лет. Эта новая модель может помочь предсказать, как изменится Земля в условиях изменения климата.

Геоморфология — это дисциплина, изучающая формы рельефа Земли и процессы, которые их формируют. Понимание того, как развивались ландшафты в прошлом, и различных факторов, вовлеченных в этот процесс, может помочь предсказать будущие изменения. «Чтобы предсказать будущее, нам нужно понять прошлое. Но наши геологические модели дают лишь фрагментарное понимание того, как формировались последние физические особенности нашей планеты«, — говорит доктор Тристан Саллес, научный сотрудник Школы геонаук Сиднейского университета и первый автор исследования.

Он и его коллеги сообщают в журнале Science о результатах модели физиографии поверхности с высоким разрешением, которая позволяет понять, как создавались современные геофизические ландшафты и как миллионы тонн осадочных пород попадали в океаны за последние 100 миллионов лет. Это первое глобальное компьютерное моделирование с высоким разрешением текущего взаимодействия между речными бассейнами, эрозией и отложением осадочных пород. По мнению доктора Саллеса, это крупный прорыв, который поможет ученым понять и предсказать будущее.

К лучшему пониманию морской среды

Процессы, которые формировали поверхность Земли с течением времени, «записываются» в природе различными способами. Геоученых особенно интересуют осадочные породы, поскольку их поступление тесно связано с факторами окружающей среды; например, осадки в виде дождя или снега влияют на образование осадков в результате эрозии и их перенос по ландшафту. Тектоника также играет важную роль, создавая больше или меньше отложений в зависимости от направления подъема грунта.

Эрозия также играет важную роль в круговороте углерода на Земле. Поэтому важно понимать все эти процессы и их вклад в физиографию поверхности, поскольку они не только изменяют ландшафты, но и оказывают значительное влияние на экосистемы и биоразнообразие, отмечает доктор Саллес. То, как менялись потоки осадочного материала с течением времени, может помочь нам понять, как менялся климат Земли в прошлом.

Используя схему, объединяющую тектонические и климатические силы с поверхностными процессами (землетрясения, выветривание, эволюция рек и т.д.), команда разработала новую динамическую модель, показывающую эволюцию поверхности Земли за последние 100 миллионов лет с высоким разрешением (до десяти километров!), разбитую на временные интервалы в миллионы лет. Следующая анимация показывает «горячие точки» переноса и отложения осадочных пород.

Эта беспрецедентная модель высокого разрешения дает геологам более полное представление о геодинамике. Она показывает динамику переноса осадочных пород, которую ученые ранее не могли воспринимать, и может помочь улучшить наше понимание текущей химии океана. «Учитывая, что химический состав океана быстро меняется из-за антропогенного изменения климата, более полная картина может помочь нашему пониманию морской среды«, — говорит д-р Саллес.

Прогнозирование эволюции поверхности суши

Модель является результатом почти трехлетних исследований. Команда начала с разработки новой глобальной модели эволюции ландшафта, способной имитировать миллионы лет изменений. Затем им удалось постепенно интегрировать в эту модель другую информацию. В своем новом исследовании они использовали самые современные тектонические реконструкции и моделирование климата прошлого. Глобальные карты, созданные моделью, на которых показаны точки возвышения, потоки воды и осадочных пород, хорошо согласуются с геологическими наблюдениями.

Эта модель проливает свет на то, как перенос земных отложений регулировал углеродный цикл планеты — и, следовательно, колебания климата — на протяжении миллионов лет. Но результаты моделирования также выявили некоторые несоответствия между существующими наблюдениями за слоями горных пород (пластами) и прогнозами. «Это показывает, что наша модель может быть полезна для проверки и уточнения реконструкций ландшафтов прошлого«, — говорит доктор Саллес.

Теперь у ученых есть подробный, динамичный контекст для проверки различных гипотез о том, как поверхность Земли будет реагировать на будущие изменения климата и тектонические силы.

Но это еще не все! Эта новая геологическая модель может также прояснить происхождение жизни на Земле. «Исследуя эти результаты параллельно с геологической летописью, мы сможем ответить на давние вопросы о различных важнейших особенностях земной системы, в том числе о том, как на нашей планете происходят циклы питательных веществ и зародилась жизнь, какой мы ее знаем«, — заключает специалист.