Quiconque aime le rafting en eaux vives dans des endroits comme le fleuve Colorado a une dette de gratitude envers les énormes rochers qui créent l'ondulation écumante connue sous le nom de rapides, et de nouvelles recherches semblent faire la lumière sur la façon dont ces gros rochers contribuent à façonner les immenses canyons qui les entourent.

Charles M. Shobe et Rachel C. Glade, étudiants diplômés en géologie à l'Université du Colorado Boulder, argumentent dans un article récemment publié en ligne dans la prestigieuse revue Géologie – et dont la publication est prévue en juillet 2019 – ces mêmes monolithes rocheux jouent un rôle majeur dans l'évolution géologique de ces canyons sur de vastes périodes de temps – peut-être encore plus que les canaux eux-mêmes.

"Nos résultats impliquent que l'existant, les modèles axés sur les canaux pour l'évolution des canyons peuvent être trop simplistes, même lorsque les canyons évoluent sous un forçage extérieur constant, " ils écrivent.

« Les gens s'intéressent depuis longtemps aux canyons fluviaux, comment ils contrôlent le paysage et l'érosion, " dit Glade, dont les recherches portent sur la géomorphologie des parois des canyons et qui a complété son doctorat. le mois dernier. "Mais il n'y a pas beaucoup de compréhension sur la façon dont ils fonctionnent physiquement."

L'article est co-écrit par les conseillers pédagogiques du couple, Professeur distingué de géologie Robert Anderson et professeur de géologie Greg Tucker.

Shobe et Glade ont créé un modèle informatique pour comprendre le complexe, interaction bidirectionnelle entre les rochers de fond de rivière et les flancs de coteau pour déterminer le cours de l'évolution du canyon.

Les rivières qui traversent des formations géologiques « molles » ont tendance à être larges et plates, comme le Mississippi ou South Platte. Mais les rivières qui traversent des « formations rocheuses résistantes » – celles avec une « roche de couverture » dure dans les couches supérieures – ont tendance à former des canyons étroits avec des versants supérieurs escarpés. D'un point de vue d'oiseau, les bords du canyon - les falaises marquant le bord du canyon - forment une forme de cloche à mesure que le canyon s'élargit en aval.

Initialement, l'érosion entraînera les sédiments en aval, finalement desserrer de gros blocs qui dégringolent dans la rivière en contrebas. En premier, la présence de tels blocs tend à ralentir le processus d'érosion, ce qui à son tour rend les coteaux moins raides.

"Vous pouvez voir que plus les blocs sont gros, plus la forme de cloche du canyon est prononcée, " dit Glade. " Les gros blocs ralentissent la capacité d'un canyon à s'éroder avec le temps et jouent un rôle majeur dans la modification de la forme du canyon. "

Cependant, Le modèle de Shobe et Glade a montré qu'au lieu de simplement ralentir le processus, la présence de gros blocs rocheux dans le chenal a créé une boucle de rétroaction avec des versants abrupts, résultant en un taux oscillant d'érosion et d'évolution du canyon.

"Cette interaction entre la dynamique du canal et celle du versant entraîne des taux d'érosion à long terme très variables, " ils écrivent.

"La prédiction est, si les caractéristiques intrinsèques des couches rocheuses régissent la forme éventuelle, puis les plus gros morceaux dans lesquels la roche se fracture" - en général, plus le rocher est dur, plus le bloc est grand - "plus le canyon va se terminer en forme de cloche et plus la dynamique d'érosion sera imprévisible, " dit Shobe.

Ce printemps, le couple a eu l'occasion de tester sur le terrain les prédictions du modèle, grâce à une subvention de la Geological Society of America. Ils se sont rendus dans le nord du Nouveau-Mexique où ils ont utilisé un drone pour photographier les parois du canyon et les rochers du Rio Grande, et sont maintenant en train de créer une carte 3-D de la zone étudiée.

Ils testent l'une des principales prédictions de leur modèle :« La taille des blocs correspond à la pente des parois du canyon, " Glade dit. " S'il y a un tas de gros rochers, plus les murs doivent être raides."

Le modèle permet le mouvement des blocs vers l'aval aux périodes de débit plus élevé, mais les chercheurs ont trouvé des marques d'érosion sur le terrain indiquant que les rochers étaient coincés en place depuis longtemps.

« Bien qu'ils puissent certainement se déplacer dans de grandes inondations, quand ils sont assez grands, ils peuvent rester là pendant des centaines à des milliers d'années, " dit Shobe. " C'est pourquoi la taille des rochers est si importante dans la formation des rivières. "

Shobe et Glade écrivent que ces "dynamiques canal-pente" sont suffisamment importantes pour l'emporter sur d'autres facteurs, comme le taux de soulèvement géologique, « remettant en cause la capacité des paysages à enregistrer des signaux tectoniques et climatiques ou à atteindre un état stationnaire pendant cette période.

Mieux comprendre comment se forment les canyons avec des formations rocheuses résistantes a des implications au-delà de la géologie, dit Shobe.

"L'érosion et la dégradation de la roche sont intimement liées au cycle climatique et à l'équilibre du CO 2 dans l'atmosphère terrestre. Les taux d'érosion de la roche, et les sédiments sont transportés, est liée au cycle climatique ainsi qu'à l'évolution à long terme de la biodiversité, " il dit.

Il est rare que deux Ph.D. candidats à publier de nouvelles recherches révolutionnaires dans une revue prestigieuse.

"Nous sommes vraiment ravis, " dit Shobe. " Cette collaboration montre que deux étudiants diplômés peuvent se réunir et proposer quelque chose de nouveau et d'unique tout en apprenant à collaborer en tant que scientifiques en début de carrière. "