Máy bay không người lái bay dọc theo hàng dặm sông ở địa hình đồi núi dốc ở miền trung Đài Loan và lập bản đồ các thuộc tính đá đã tiết lộ manh mối mới về cách nước giúp định hình các ngọn núi theo thời gian địa chất, theo một nhóm do các nhà khoa học bang Pennsylvania dẫn đầu.

Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy mối liên hệ giữa kích thước của những tảng đá trên sông và độ dốc của các con sông. Liên kết cho thấy các tính chất đá có thể ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa các quá trình kiến tạo xảy ra sâu dưới lòng đất và cách cảnh quan miền núi thay đổi hình dạng. Họ đã báo cáo trên tạp chí Science Advances.

“Trong quá trình phát triển vành đai núi, chúng tôi đang thấy sự khác biệt về cách các con sông dâng lên, hoặc cắt xuống nền đá, ở các khu vực trẻ hơn và già hơn”, Julia Carr, tác giả chính của nghiên cứu, người đã lấy bằng tiến sĩ khoa học địa chất từ bang Pennsylvania vào năm 2022, cho biết. “Điều đó có nghĩa là khi một vành đai núi phát triển, xói mòn đang thay đổi trên bề mặt.”

Khi các mảng kiến tạo va chạm và tạo thành các dãy núi, những tảng đá trước đây bị chôn vùi trong lớp vỏ Trái đất bị đẩy lên bề mặt trong một quá trình gọi là nâng lên. Nhiệt độ và áp suất mà những tảng đá này trải qua dẫn đến sự thay đổi tính chất của đá – như độ cứng của đá hoặc khoảng cách và hướng của các vết nứt – sau đó ảnh hưởng đến việc chúng dễ dàng bị xói mòn bởi các yếu tố trên bề mặt, các nhà khoa học cho biết.

Tại Đài Loan, các nhà khoa học tìm thấy dấu hiệu chính của sức mạnh đá của những ngọn núi là kích thước của những tảng đá trên sông, lớn hơn và mạnh hơn ở những vị trí mà đá đã bị chôn sâu hơn trong lớp vỏ Trái đất. Và kích thước của các tảng đá tương quan với độ dốc của các con sông, phải đủ mạnh để di chuyển những tảng đá này xuống hạ lưu trước khi xói mòn núi, các nhà khoa học cho biết.

“Khi các tảng đá trong các kênh lớn hơn, dòng sông cần phải dốc để có thể xói mòn với tốc độ tương tự”, Roman DiBiase, phó giáo sư khoa học địa chất tại bang Pennsylvania và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết. “Điều này là do để xói mòn đá, trầm tích bao phủ một kênh sông cần phải di chuyển ra khỏi đường. Các tảng đá trong kênh càng lớn, kênh càng cần phải dốc hơn để di chuyển chúng.

Các mô hình có thể giải thích những thứ như bão và lũ lụt tác động đến tốc độ xói mòn như thế nào, nhưng khó hơn để tính đến vai trò của sức mạnh đá trong quá trình này, các nhà khoa học cho biết.

“Xác định các biện pháp kiểm soát vết rạch sông thành đá là rất quan trọng để hiểu các dãy núi phát triển như thế nào theo thời gian địa chất”, DiBiase nói. “Nhưng một số thông số chính để thử nghiệm các mô hình rạch sông, chẳng hạn như độ sâu dòng chảy và lớp phủ trầm tích, rất khó đo ở quy mô lớn.”

Các nhà nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng máy bay không người lái để tránh các chướng ngại vật như vượt sông nguy hiểm và thác nước để thu thập dữ liệu. Trong các cuộc khảo sát này, các nhà khoa học đã thu thập hàng trăm ngàn phép đo hình thái kênh sông và hơn 22.000 phép đo các tảng đá dọc theo khoảng 18 dặm sông.

“Đó là nơi thực sự chưa từng có – một cái gì đó ở quy mô này thực sự bất thường”, Carr, người đã thực hiện nghiên cứu tại Penn State và hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Simon Fraser ở British Columbia cho biết. “Thật thú vị khi có thể khảo sát ở quy mô này – nó giúp chúng tôi thấy các mô hình mà chúng tôi thực sự sẽ không bao giờ nhìn thấy. Nếu bạn chỉ đi vào thực địa và khảo sát một vài điểm bạn có thể đến dễ dàng, bạn sẽ không quan sát được mô hình này.

Dãy núi trung tâm của Đài Loan là một trong những cảnh quan dốc nhất trên Trái đất và có một trong những tỷ lệ xói mòn cao nhất so với bất kỳ nơi nào bên ngoài các khu vực bị đóng băng hoặc ảnh hưởng của con người, Carr nói. Ngoài ra, thiết lập kiến tạo của Đài Loan nổi tiếng và có các mô hình độ sâu chôn cất có hệ thống có thể được sử dụng để đánh giá mối liên hệ giữa lịch sử dưới bề mặt của đá và tình trạng hiện tại của chúng trên bề mặt.

“Đó là nơi độc đáo tuyệt vời này bởi vì không giống như một nơi nào đó như dãy Hy Mã Lạp Sơn hay dãy Alps, nơi có rất nhiều lịch sử kiến tạo phức tạp, Đài Loan có thể là một cảnh quan tương đối đơn giản để nghiên cứu vì các lực va chạm tương tự đã tạo ra nó hàng triệu năm trước vẫn còn hoạt động cho đến ngày nay”, Carr nói. “Và những bài học kinh nghiệm từ Đài Loan có thể giúp cung cấp thông tin cho các mô hình xói mòn được áp dụng cho các dãy núi khác với ít hạn chế hơn.”

Do phạm vi hình thành như thế nào, những tảng đá trẻ hơn được tìm thấy ở phía nam và phía tây, trong khi những tảng đá cũ bị chôn sâu hơn – lên đến 24 dặm dưới lòng đất – được tìm thấy xa hơn về phía đông và phía bắc, các nhà khoa học cho biết.

Trong các phần trẻ hơn, các con sông có ít đá tảng hơn, nhỏ hơn bao phủ ít diện tích của các kênh. Và khi bạn đi về phía các phần cũ, các tảng đá tăng lên kích thước trung bình hơn sáu feet, các nhà khoa học cho biết.

Những tảng đá này không nằm trên sông chờ bị phá vỡ theo thời gian, theo các nhà nghiên cứu. Thay vào đó, các tảng đá ở mỗi đoạn sông gần với ngưỡng di chuyển – có nghĩa là nước gần đủ mạnh để di chuyển chúng xuống hạ lưu. Trong dòng chảy cao sau bão, những tảng đá này có thể hoàn toàn di động và khi chúng di chuyển, chúng giúp dòng sông chảy xiết.

“Một cách bạn có thể nghĩ về cách các con sông dâng lên lâu dài – bạn cần có khả năng di chuyển trầm tích, và một khi bạn vượt qua một ngưỡng nào đó, bạn có thể đốt cháy dòng sông”, Carr nói. “Nếu chúng ta áp dụng điều này, nó ngụ ý tín hiệu cường độ đá chính này kiểm soát kích thước tảng đá đang thiết lập vết rạch sông trong cảnh quan. Và điều đó phù hợp với độ dốc địa phương của các con sông.”

Cùng đóng góp còn có Donald Fisher, giáo sư khoa học địa chất tại bang Pennsylvania; En-Chao Yeh, phó giáo sư tại Đại học Sư phạm Quốc gia Đài Loan; và Eric Kirby, giáo sư tại Đại học Bắc Carolina tại Chapel Hill.

Quỹ Khoa học Quốc gia đã hỗ trợ công việc này.

Liên kết đến cảnh quay video bằng máy bay không người lái: https://youtu.be/uER7H-zm1yE

Tham khảo:
Julia C. Carr, Roman A. DiBiase, En-Chao Yeh, Donald M. Fisher, Eric Kirby. Tính chất đá và tầm cỡ trầm tích chi phối hình thái sông đá nền trên khắp Dãy Trung tâm Đài Loan. Tiến bộ khoa học, 2023; 9 (46) DOI: 10.1126/sciadv.adg6794

Lưu ý: Bài đăng trên được in lại từ các tài liệu do Penn State cung cấp. Bản gốc được viết bởi Matthew Carroll.

Theo: How Water Shapes Mountain Ranges Over Time | Geology Page