Un tube carottier contenant de la saprolite du sous-sol sur le site d'étude de la Sierra Nevada. Les carottes ont été obtenues à l'aide d'un système Geoprobe push-core. Crédit :P. Hartsough
Un chercheur de l'Université du Wyoming et son équipe ont découvert que l'altération des roches souterraines dans les montagnes du sud de la Sierra Nevada en Californie est davantage due à l'expansion des roches qu'à la décomposition chimique. comme on le pensait auparavant.
Porosité, l'espace vide dans la roche, était conventionnellement pensé pour être produit lorsque l'eau s'écoule à travers la roche, entraînant ainsi la dissolution chimique des minéraux. Parce que le bassin versant des montagnes fournit de grands réservoirs d'eau, les nouvelles découvertes sont pertinentes pour la gestion des ressources en eau aux États-Unis.
« Il est important de comprendre ce qui se passe dans la couche souterraine. Elle a une énorme capacité de stockage de l'eau. Dans les paysages de montagne, la saprolite est peut-être la seule chose qui maintient les forêts en vie pendant les périodes de sécheresse, " dit Cliff Riebe, professeur agrégé au département de géologie et de géophysique de l'UW. « Cela est connu depuis un certain temps. Ce que nous ne savons pas, c'est « Comment l'espace de stockage est-il produit ? » La saprolite est difficile d'accès. Il faut creuser sous le sol. Elle a rarement été étudiée. Comprendre cette couche entre le sol et la roche est important.
Saprolite, que Riebe appelle "la roche pourrie, " est la zone de roche altérée qui conserve les positions relatives des grains minéraux de la roche mère et se situe entre la couche de sol et la roche plus dure en dessous.
Riebe était l'auteur correspondant d'un article, intitulé "Porosity Production in Weathered Rock:Where Volumetric Strain Dominates over Chemical Mass Loss, " qui a été publié aujourd'hui (18 septembre) dans Avancées scientifiques , une publication issue de Science . La revue en ligne publie d'importants, recherche originale et innovante qui fait avancer les frontières de la science et étend les normes d'excellence établies par Science .
Les carottes ont été obtenues à l'aide d'un système Geoprobe push-core. Crédit :A. Malazian
Jorden Hayes, un ancien Ph.D. diplômé de l'UW et maintenant professeur adjoint de sciences de la terre au Dickinson College à Carlisle, Pennsylvanie., était l'auteur principal de l'article. Les écrivains contributeurs comprenaient Steve Holbrook, un ancien professeur UW de géologie et de géophysique et maintenant professeur et chef de département à Virginia Tech University; Brady Flinchum, qui était titulaire d'un doctorat. étudiant à l'UW au moment où la recherche a été menée; et Peter Hartsough, un assistant scientifique de projet au Département des terres, Ressources en air et en eau à l'Université de Californie-Davis.
La déformation volumétrique est définie comme le matériau d'expansion subit pendant le processus d'altération. La roche toute solide n'a pas de porosité. Comprendre comment la porosité est produite par la déformation volumétrique et la perte de masse est important pour un large éventail de problèmes en hydrologie, biogéochimie, écologie et géomorphologie, dit Riebe.
Ce que les scientifiques ont généralement supposé, Riebe dit, est que l'expansion des roches n'est pas si importante. Ce qui a été découvert par Riebe et son équipe, c'est que l'expansion dans les roches domine le processus d'altération réel dans la région d'étude.
"L'expansion est difficile à mesurer, il a donc été ignoré dans les travaux précédents, ", explique Riebe.
"La roche là-bas s'étend en fait jusqu'à plus du double du volume initial au fur et à mesure qu'elle s'altère, " dit Hayes. " C'est surprenant parce que nous ne pensons généralement pas à l'expansion du rock à un tel degré, et les scientifiques pensent conventionnellement que l'altération des roches est dominée par la dissolution chimique lorsque l'eau de pluie s'écoule du sous-sol."
Les données de sismique réfraction sont collectées à partir de géophones qui enregistrent l'arrivée d'énergie envoyée à travers le sous-sol peu profond par des coups de masse à la surface. Alec Spears (à gauche) et Troy Covill étaient des étudiants de l'Université du Wyoming au moment de l'étude. Cliff Riebe, professeur agrégé au département de géologie et de géophysique de l'UW, et son équipe de recherche a découvert que l'altération de la roche souterraine dans les montagnes du sud de la Sierra Nevada en Californie est due davantage à l'expansion des roches qu'à la décomposition chimique, comme on le pensait auparavant. Crédit :Russell Callahan
Racines d'arbres, par exemple, peut provoquer une expansion de la roche en coinçant le matériau saprolitique. La fissuration de la glace pendant l'hiver provoquerait le même effet.
"Nous pensons qu'une partie de l'histoire est que la végétation fait cela à des altitudes plus élevées, " dit Riebe. " Nous pensons que ce sera moins important aux altitudes inférieures. On s'attend pas à autant d'enracinement, donc moins d'expansion volumétrique et plus de perte de masse chimique. Cela conduit à de nouvelles découvertes potentielles. »
La recherche, qui dure depuis 2011, s'appuie sur les informations existantes sur l'altération et les processus de surface à l'Observatoire de la zone critique de la Sierra du Sud.
"Notre découverte est particulièrement excitante alors que nous pensons à d'autres paysages qui peuvent également être soumis à ces mécanismes physiques et avoir la capacité de stocker de grands volumes d'eau, " dit Hayes.
"La saprolite dans les montagnes du sud de la Sierra Nevada est une source d'eau pour les écosystèmes et les humains. Il est important de la comprendre, " dit Riebe. " Le climat change. Cela nous aide à comprendre un important réservoir d'eau dans l'ouest des États-Unis."
