과학자 팀은 길이 24피트, 폭 1피트의 축소 모델 강바닥을 사용하여 지각, 기후, 산사태 또는 빙하와 같은 외부 힘에 대해 일반적으로 생각하지 않고 슬롯를 형성할 수 있는 새로운 메커니즘을 발견했습니다.
"우리는 흐르는 물과 퇴적물이 있는 모델 강을 사용하여 슬롯가 어떻게 형성되는지 조사했습니다"라고 과학 저널 Nature에 실린 최근 기사의 주요 저자인 Joel Scheingross는 말했습니다. "우리는 내부 피드백, 즉 물 흐름, 퇴적물 이동 및 기반암 절개 사이의 힘을 통해서만 슬롯가 형성될 수 있는지 확인하려고 했습니다."
Scheingross가 조교수가 되기 전 박사 과정의 일부인 실험지질과학과 공학부리노 네바다 대학의 팀은 동적 확장을 유지하면서 내부 프로세스를 격리할 수 있도록 자연 환경을 단순화하도록 설계되었습니다.
그들은 균일한 기반암을 시뮬레이션하고 슬롯 유발하는 것으로 알려진 암석 특성의 차이가 없는 폴리우레탄 폼의 합성 기반암을 사용했습니다. 폼은 물 침식에 저항하며 퇴적물과 같은 입자 충격에 의해 마모되는 자연 암석과 동일한 침식 스케일링 법칙을 따릅니다.
요세미티의 상징적인 슬롯는 외부 힘에 의해 형성된 것으로 생각되지만, 저자들은 더 상류에 있는 작은 슬롯가 외부 힘의 작용 없이 내부 강 역학으로 인해 스스로 형성되었을 수 있다고 제안합니다. 저자들은 빙하에 의해 형성된 슬롯의 예로 요세미티 밸리에 있는 아름다운 620피트 높이의 브라이들베일 슬롯를 인용했지만, 브라이들베일 슬롯 상류에 수많은 작은 슬롯들이 퇴적물 이동과 침식에 의해 형성되었을 수 있다고 제안합니다.
"지구 과학자들은 자연의 다양한 상황에서 슬롯가 어떻게 형성되는지에 대한 많은 이론을 가지고 있습니다"라고 연구 자금을 지원한 국립과학재단 지구과학부의 프로그램 디렉터인 저스틴 로렌스(Justin Lawrence)가 말했습니다. “예를 들어, 슬롯는 암석 유형의 교차, 해수면 변화, 지각 단층의 돌출, 기후 변화, 산사태 및 빙하에 의해 생성될 수 있습니다.
실험에서 Scheingross와 그의 동료인 Michael Lamb(이 프로젝트의 수석 과학자이자 Scheingross의 박사 고문) 및 캘리포니아 패서디나에 있는 California Institute of Technology의 지질 및 행성 과학 부서의 Brian Fuller는 슬롯가 흔한 산간 강을 기반으로 한 수력학 및 퇴적물 수송.
약 4시간 만에 모델 강바닥이 19.5%(약 11도) 기울어지면서 모델은 약 50~50,000년 간의 강 절개와 진화에 해당하는 결과를 산출했습니다. 실험 첫 시간 내에 퇴적물은 슬롯 협곡을 형성하면서 폭이 약 4인치인 채널을 형성했습니다.
팀은 Caltech에 있는 Lamb의 연구실에서 20분 간격으로 진행된 실험을 실행하여 기반암 침식을 멈추고 측정할 수 있었습니다. 실험은 4시간 동안만 진행되었지만 실험을 설계하고 설정하고 실행하는 전체 과정에는 풀타임으로 약 6개월이 걸렸습니다.
“우리 논문에서 우리는 전적으로 강의 내부 역학(물 흐름 수력학, 퇴적물의 조합)으로 인해 기후나 구조 변화가 없을 때 슬롯가 형성될 수 있음을 보여주는 개념 증명 실험을 보여줍니다. 운송 및 기반암 침식)”이라고 Scheingross는 말했습니다.
Scheingross는 슬롯의 침식으로 인해 일단 형성된 슬롯가 상류로 후퇴하여 슬롯가 생성 지점에서 훨씬 상류에 존재할 수 있다고 설명했습니다. 이로 인해 일부 연구자들은 슬롯가 상류로 후퇴하는 속도에 대한 모델과 함께 하천망의 슬롯 위치를 사용하여 슬롯를 형성하는 것으로 생각되는 기후 또는 지각 변화의 시간을 역계산하게 되었습니다.
"자연에서 스스로 형성된 슬롯를 식별하는 것은 극히 어렵습니다. 왜냐하면 거의 모든 자연 경관은 외부 강제력을 통해 슬롯를 생성할 수 있는 암석 유형, 구조 및 기후의 변화에 영향을 받기 때문입니다."라고 그는 말했습니다. "이 논문은 슬롯가 스스로 형성될 수 있음을 보여주며, 슬롯가 어디에 있는지에 대한 몇 가지 예를 제안했습니다.월자연에서 스스로 형성된 슬롯이므로 자연으로 나가서 스스로 형성된 슬롯와 외부 강제 슬롯를 구별하기 시작하려면 더 많은 작업을 수행해야 합니다."
자체 형성 슬롯 작업이제 시작입니다
Scheingross는 이 문서가 문제를 해결하기 위한 커뮤니티의 노력을 촉진할 수 있기를 바랍니다.
“이 작업은 이제 초기 단계에 있습니다.”라고 Scheingross가 말했습니다. “우리 연구 결과에 따르면 산악 지형에서 연속적으로 발생하는 슬롯는 우리가 설명하는 자체 형성 메커니즘에서 발전할 가능성이 더 높은 반면, 나이아가라 슬롯와 같이 단독으로 발생하는 단일 슬롯는 자체 형성 메커니즘과 일치하지 않습니다.
“나는 스스로 형성된 슬롯의 형성과 형태학적 특성을 더 효과적으로 제한하기 위해 새로운 실험을 설계하고 새로운 현장 연구를 시작하는 중입니다.”라고 그는 말했습니다.
이 프로젝트에 대한 자금은 주로 Caltech와 National Science Foundation에서 조달되었으며 Alexander von Humboldt Foundation과 NASA의 추가 지원도 있었습니다.
