Kræfter, der former jordens overflade, er registreret i en række naturlige optegnelser, fra træringe til huleformationer.
I en nylig undersøgelse viser forskere fra University of Texas i Austin, at en anden naturoptegnelse - sedimenter pakket sammen ved bassinkanterne - tilbyder videnskabsmænd et kraftfuldt værktøj til at forstå de kræfter, der har formet vores planet gennem millioner af år, med implikationer på nutidens forståelse
Undersøgelsen blev publiceret i tidsskriftet Geology og bruger en computermodel til at forbinde distinkte mønstre i de sedimentære aflejringer med ændringer i klima og tektonisk aktivitet.
"Vi forsøger at finde en måde at skelne mellem tektonikken og klimasignalerne," sagde hovedforfatter Jinyu Zhang, en forskningsmedarbejder ved UT's Bureau of Economic Geology. "Ved at bruge denne numeriske model har vi pludselig denne magt til at simulere verden under forskellig tektonik og klima."
Zoltán Sylvester og Jacob Covault, begge forskere ved bureauet, var medforfatter til papiret.
Geovidenskabsmænd har længe kigget på sedimentære bassiner for at få spor om Jordens tidligere klima. Det skyldes, at sedimentforsyning er tæt forbundet med miljøfaktorer, såsom nedbør eller snefald, der påvirker sedimentskabelsen gennem erosion og sedimenttransport over et landskab og ind i et bassin. Tektoniske faktorer påvirker også sedimentdannelsen, hvor stigende stigning er forbundet med mere sediment og faldende stigning med mindre.
På trods af viden om, at sedimentforsyningen er forbundet med klima og tektonik, sagde forskerne, at man ikke ved, hvordan ændringer i disse fænomener direkte påvirker, hvordan sediment aflejres langs bassinkanterne over lange tidsskalaer.
Denne undersøgelse ændrer på det, idet Zhang bruger open source computerprogrammet pyBadlands til at skabe en "kilde-til-sænk" 3D-model, der sporer, hvordan ændringer i nedbør, tektonisk løft og havniveau påvirker sedimenterosion og aflejring. Modellen bruger topografi inspireret af Himalaya-bjergene og Indus-floddeltaet til at spore sedimentet, når det går fra bjergene gennem et flodsystem og sætter sig i en bassinkant over millioner af år.
"Dette er en af de første [modeller] til at sætte landskabsudviklingsdelen med stratigrafisk respons, aflejringsrespons og gøre det i 3D," sagde Covault. "Jinyu har taget et rigtig godt skridt i at sætte det hele sammen."
Forskerne kørte 14 forskellige scenarier - hver med forskellige klimatiske, tektoniske og havniveauindstillinger - over en simuleret tidsperiode på 30 millioner år for at undersøge ændringer i landskabstopografi og sedimentaflejring.
De forskellige scenarier skabte forskellige mønstre i sedimentaflejring, hvilket gjorde det muligt for forskerne at drage generelle konklusioner om, hvordan tektoniske og klimatiske faktorer påvirker væksten i bassinmargen. For eksempel tager ændringer i hævningen millioner af år at påvirke ændringer i bassinmarginsedimenterne, men når disse ændringer er i kraft, sætter de en ny baseline for adfærd. I modsætning hertil forårsager ændringer i nedbør meget mere pludselige ændringer, efterfulgt af en tilbagevenden til den aflejringsadfærd, der blev observeret før klimaskiftet.
Scenarierne viste, at havniveau potentielt kunne komplicere leveringen af signalet om tektoniske ændringer i bassinet. For eksempel oversvømmede en stigning i havniveau kystområder og forstyrrede sediment, der nåede en bassinmargin. Men da dette scenarie blev parret med øget nedbør, var sedimenttilførslen stor nok til at nå bassinkanten.
Gary Hampson, en professor ved Imperial College London, som ikke var en del af undersøgelsen, sagde, at modellen giver vigtige retningslinjer for geovidenskabsfolk, der ønsker at rekonstruere Jordens fortid.
"Resultaterne øger den tillid, som geovidenskabsmænd kan fortolke tektoniske og klimatiske historier med i de geologiske arkiver af bassinkanter," sagde han.
Zhang brugte de sidste to år på at lære programmeringssproget Python, så han kunne bruge pyBadlands-softwaren, som blev udviklet af University of Sydneys Tristan Salles.
Sylvester, som udnytter lignende værktøjer til at studere erosion og sedimentation i flodsystemer, sagde, at de computerværktøjer, der er tilgængelige for geovidenskabsfolk, gør mangeårige, men grundlæggende spørgsmål inden for geovidenskab mere tilgængelige end nogensinde.
"Det er en spændende tid," sagde han. "Det er stadig nemmere at undersøge den stratigrafiske registrering på en kvantitativ måde."
