突破性的发现终于证明雨水可以移动山脉

一项开创性的技术精确地捕捉到了山脉如何屈从于雨滴的意志，这有助于解开一个长期存在的科学谜团。降雨对山地景观演变的戏剧性影响在地质学家中引起了广泛的争论，但布里斯托尔大学(University Of Bristol)领导的一项新研究，并于今天发表在“科学进展”(Science Advance)上，清楚地计算了降雨的影响，进一步加深了我们对数百万年来山峰和山谷是如何发展的理解。

它的研究结果聚焦于最雄伟的喜马拉雅山脉，也为预测气候变化可能对景观以及人类生活造成的影响铺平了道路。

该大学卡伯特环境研究所的研究员、英国皇家学会多萝西·霍奇金研究员拜伦·亚当斯博士是该研究的主要作者，他说：似乎很直观的是，更多的雨水会使河流更快地冲刷成岩石，从而塑造山脉。但科学家们也相信，雨水侵蚀地貌的速度足够快，基本上可以将岩石从地球上吸走，有效地将山脉迅速抬高。这两种理论已经争论了几十年，因为证明它们所需的测量非常复杂。这就是为什么这一发现是如此激动人心的突破，因为它有力地支持了大气和固体地球过程密切相关的概念。

虽然不乏旨在解释地球如何工作的科学模型，但更大的挑战可能是做出足够好的观测来测试哪些是最准确的。

这项研究是在不丹和尼泊尔的喜马拉雅中部和东部进行的，因为这个地区已经成为研究侵蚀率的样本最多的地区之一。亚当斯博士与来自亚利桑那州立大学(ASU)和路易斯安那州立大学(Louisiana State University)的合作者一起，利用沙粒中的宇宙钟来测量河流侵蚀其下方岩石的速度。

当来自外太空的宇宙粒子到达地球时，它很可能会在沙粒运往河流的过程中撞击山坡上的沙粒。当这种情况发生时，每粒沙子中的一些原子可以转化为一种稀有元素。亚当斯博士说，通过计算沙袋中有多少这种元素的原子，我们可以计算沙子在那里存在了多长时间，从而计算出地形被侵蚀的速度有多快。

一旦我们有了整个山脉的侵蚀率，我们就可以将它们与河流陡度和降雨量的变化进行比较。然而，这样的比较有很大的问题，因为每个数据点都很难产生，而且所有数据的统计解释都很复杂。

亚当斯博士通过将回归技术与河流侵蚀的数值模型相结合，克服了这一挑战。

我们测试了各种各样的数值模型，以再现不丹和尼泊尔的观测到的侵蚀率模式。亚当斯博士说，最终只有一个模型能够准确预测测量到的侵蚀速率。这个模型使我们第一次能够量化降雨如何影响崎岖地形的侵蚀率。

亚利桑那州立大学地质学教授、研究合作者凯林·惠普尔教授说：我们的发现表明，在使用地形评估构造活动模式时，考虑降雨是多么重要，也为解决构造断层上的滑移率可能在多大程度上受地表气候驱动的侵蚀所控制的问题向前迈出了重要的一步。

研究结果还对喜马拉雅地区的土地使用管理、基础设施维护和危害具有重要意义。

在喜马拉雅山脉，一直存在的风险是，高侵蚀率可能会大幅增加大坝后面的泥沙淤积，危及关键的水电项目。研究结果还表明，更多的降雨可能会破坏山坡，增加泥石流或山体滑坡的风险，其中一些可能足够大，足以筑坝河流，造成新的危险-湖泊暴发洪水。

亚当斯博士补充说：我们的数据和分析为估计喜马拉雅等山区景观中的气候变化模式提供了一个有效的工具，因此，可以为影响生活在这些山脉内和山脚下的数亿人的危险提供宝贵的洞察力。

这项研究由皇家学会、英国自然环境研究理事会(NERC)和美国国家科学基金会(NSF)资助。

在这项重要研究的基础上，亚当斯博士目前正在探索大火山喷发后景观的反应。

这一进化模拟的新前沿也给火山过程带来了新的曙光。亚当斯博士说，有了我们测量岩石性质的尖端技术，我们将能够更好地了解河流和火山在过去是如何相互影响的。这将帮助我们更准确地预测未来火山喷发后可能发生的事情，以及如何管理对居住在附近社区的后果。更多信息：气候对构造活跃景观侵蚀的控制，科学进展(2020)。Advances.Science encemag.org/Lookup…。.1126/sorAdv.aaz3166