Nous en savons moins sur le sol sous nos pieds que sur la surface de Mars, mais de nouvelles recherches menées par des géoscientifiques de l'Université du Colorado à Boulder mettent en lumière ce monde caché, du sommet des crêtes au fond des vallées, et montrent comment les précipitations façonnent la partie de notre planète qui se trouve juste au-delà de ce que nous pouvons voir.

La Terre est connue sous le nom de "troisième roche du soleil, " Pourtant, la roche dure est rare à la surface du sol. Les scientifiques ont surnommé la végétation, le sol et les débris stockant l'eau qui cachent l'intérieur rocheux de la Terre à la vue de la "zone critique". Le nom honore le fait que cette zone est à la fois essentielle à la vie et façonnée par les organismes vivants. Le caractère de la zone critique, en particulier sa profondeur, contrôle la manière dont les eaux souterraines sont stockées et rejetées dans les cours d'eau.

Les eaux souterraines fournissent les approvisionnements en eau qui sont la pierre angulaire de l'agriculture et de l'industrie dans la nation, et même dans le monde entier. Mais l'eau souterraine elle-même n'est pas passive. Il réagit avec la roche le long de son chemin, et, ce faisant, à la fois transforme chimiquement la roche et capte les minéraux et nutriments dissous.

Les chercheurs ont été inspirés pour étudier les différences fondamentales entre deux observatoires de zone critique (CZO) soutenus par la National Science Foundation. Dans la CZO de Boulder Creek dans le Colorado Front Range, la roche fraîche peut être trouvée sous une fine couche de sol et de roche brisée qui recouvre uniformément les flancs des collines. Dans le CZO de Calhoun dans le piémont de Caroline du Sud, la roche fraîche est loin sous la surface, et la zone critique se gonfle de manière épaisse sous les crêtes des crêtes et s'amincit sous les fonds des vallées. Et les sols du Colorado sont gris-brun et rocailleux, contrairement aux argiles rouges de Caroline du Sud.

Les chercheurs du CU Boulder ont cherché à comprendre pourquoi cette couverture de sol qui maintient la vie et stocke l'eau et la roche altérée sous-jacente varient autant d'un endroit à l'autre. Les co-auteurs comprenaient le professeur distingué Robert S. Anderson du département des sciences géologiques de CU Boulder, Professeur Harihar Rajaram, professeur d'enseignement du président, du département de civilité de CU Boulder, Environnement, et génie de l'architecture, et le professeur Suzanne P. Anderson du département de géographie de CU Boulder.

"Notre objectif était de créer un modèle pour expliquer pourquoi ces différences se produisent, ", a déclaré Suzanne Anderson.

Les chercheurs se sont concentrés sur l'une des différences les plus évidentes entre les deux sites :la météo. Ils ont construit un modèle numérique pour tester si les précipitations beaucoup plus importantes dans le sud-est pouvaient expliquer les grandes différences dans la profondeur de l'altération. Dans le modèle, l'eau de pluie est suivie au fur et à mesure qu'elle s'infiltre dans le paysage, et provoque l'altération (ou la transformation) des minéraux de la roche en argile. Parce que les processus d'altération sont lents, il était nécessaire d'inclure également la formation du sol et l'érosion.

« L'altération du substrat rocheux est peut-être le processus géologique le plus important, puisqu'il produit le sol dont nous dépendons pour notre existence, " dit Richard Yuretich, directeur du programme NSF Critical Zone Observatories, qui a financé la recherche.

Les résultats, publié aujourd'hui dans un numéro spécial de la revue Processus hydrologiques consacré au rôle de l'eau dans la zone critique, montrent qu'une zone critique peu profonde de type Colorado se forme en conditions sèches, tandis qu'un épais, Une zone critique ondulée de type Caroline du Sud se forme dans des conditions humides.

En d'autres termes, le modèle réussit à expliquer les différences drastiques de ces paysages. La connectivité du système a captivé l'équipe de recherche.

« Il est fascinant de voir comment des modèles simples d'épaisseur de zone critique réagissent au climat, à l'érosion, et sans doute à des processus que nous n'avons pas encore envisagés, " a déclaré Suzanne Anderson, qui est également membre de l'Institut de recherche arctique et alpin de CU Boulder (INSTAAR). "Être capable de prédire ces modèles d'altération nous permet de comprendre les choses qui nous intéressent, de l'approvisionnement en eau au maintien de sols sains.

« Les ressources du sol sont précieuses, " a déclaré Robert Anderson, également boursier INSTAAR. "L'un des aspects du paysage que nous avons dû adopter dans cet effort de modélisation est qu'il faut des milliers d'années pour générer le sol que nous avons. S'il est gratté ou mal utilisé, il ne sera pas remplacé dans des échelles de temps humaines. Une mauvaise gestion signifie que vous ne le récupérerez jamais."

"Mais pour moi", il a dit, "c'est assez intéressant, et assez satisfaisant, pour expliquer pourquoi on peut creuser une fosse de 20 pieds de profondeur avec une pelle en Caroline du Sud, et doivent recourir à une pioche à moins de 2 pieds dans le Colorado. Tout est une question de météo."