Une technique pionnière qui capture précisément comment les montagnes se plient à la volonté des gouttes de pluie a aidé à résoudre une énigme scientifique de longue date.

L'effet dramatique des précipitations sur l'évolution des paysages montagneux est largement débattu parmi les géologues, mais de nouvelles recherches menées par l'Université de Bristol et publiées aujourd'hui dans Avancées scientifiques , calcule clairement son impact, approfondir notre compréhension de la façon dont les pics et les vallées se sont développés au cours de millions d'années.

Ses conclusions, qui se concentrait sur la plus puissante des chaînes de montagnes, l'Himalaya, ouvre également la voie à la prévision de l'impact possible du changement climatique sur les paysages et, à son tour, vie humaine.

Auteur principal Dr. Byron Adams, Royal Society Dorothy Hodgkin Fellow à l'Institut Cabot pour l'environnement de l'université, a déclaré:"Il peut sembler intuitif qu'une plus grande quantité de pluie puisse façonner les montagnes en réduisant les rivières en rochers plus rapidement. Mais les scientifiques ont également pensé que la pluie peut éroder un paysage assez rapidement pour essentiellement" aspirer "les rochers de la Terre, tirant efficacement des montagnes très rapidement. Ces deux théories ont été débattues pendant des décennies parce que les mesures nécessaires pour les prouver sont si laborieusement compliquées. C'est ce qui fait de cette découverte une percée si excitante, car il soutient fortement l'idée que les processus atmosphériques et terrestres solides sont intimement liés. »

Si les modèles scientifiques visant à expliquer le fonctionnement de la Terre ne manquent pas, le plus grand défi peut être de faire suffisamment de bonnes observations pour tester lesquelles sont les plus précises.

L'étude était basée dans l'Himalaya central et oriental du Bhoutan et du Népal, car cette région du monde est devenue l'un des paysages les plus échantillonnés pour les études de taux d'érosion. Dr Adams, avec des collaborateurs de l'Arizona State University (ASU) et de la Louisiana State University, utilisé des horloges cosmiques dans les grains de sable pour mesurer la vitesse à laquelle les rivières érodent les roches sous elles.

"Quand une particule cosmique de l'espace atteint la Terre, il est susceptible de heurter les grains de sable sur les pentes des collines lorsqu'ils sont transportés vers les rivières. Quand cela arrive, certains atomes dans chaque grain de sable peuvent se transformer en un élément rare. En comptant combien d'atomes de cet élément sont présents dans un sac de sable, on peut calculer depuis combien de temps le sable est là, et donc à quelle vitesse le paysage s'est érodé, " a déclaré le Dr Adams.

« Une fois que nous aurons des taux d'érosion sur toute la chaîne de montagnes, on peut les comparer aux variations de la pente des rivières et des précipitations. Cependant, une telle comparaison est extrêmement problématique car chaque point de données est très difficile à produire et l'interprétation statistique de toutes les données ensemble est compliquée."

Le Dr Adams a surmonté ce défi en combinant des techniques de régression avec des modèles numériques de l'érosion des rivières.

"Nous avons testé une grande variété de modèles numériques pour reproduire le modèle de taux d'érosion observé au Bhoutan et au Népal. En fin de compte, un seul modèle a pu prédire avec précision les taux d'érosion mesurés, " a déclaré le Dr Adams. " Ce modèle nous permet pour la première fois de quantifier comment les précipitations affectent les taux d'érosion sur un terrain accidenté. "

Collaborateur de recherche, le professeur Kelin Whipple, Professeur de géologie à l'ASU, a déclaré:"Nos résultats montrent à quel point il est essentiel de tenir compte des précipitations lors de l'évaluation des modèles d'activité tectonique à l'aide de la topographie, et constitue également un pas en avant essentiel pour déterminer dans quelle mesure le taux de glissement sur les failles tectoniques peut être contrôlé par l'érosion de la surface due au climat. »

Les résultats de l'étude ont également des implications importantes pour la gestion de l'utilisation des terres, entretien des infrastructures, et les dangers dans l'Himalaya.

Dans l'Himalaya, il existe un risque toujours présent que des taux d'érosion élevés puissent augmenter considérablement la sédimentation derrière les barrages, mettant en péril des projets hydroélectriques critiques. Les résultats suggèrent également que des précipitations plus abondantes peuvent miner les pentes des collines, augmenter le risque de coulées de débris ou de glissements de terrain, certains d'entre eux peuvent être assez grands pour endiguer la rivière, créant un nouveau danger :les crues du lac.

Le Dr Adams a ajouté :« Nos données et analyses fournissent un outil efficace pour estimer les modèles d'érosion dans les paysages montagneux tels que l'Himalaya, Et ainsi, peut fournir un aperçu inestimable des dangers qui influencent les centaines de millions de personnes qui vivent à l'intérieur et au pied de ces montagnes. »

La recherche a été financée par la Royal Society, le Conseil britannique de recherche sur l'environnement naturel (NERC), et la National Science Foundation (NSF) des États-Unis.

En s'appuyant sur cette importante recherche, Le Dr Adams explore actuellement comment les paysages réagissent après de grandes éruptions volcaniques.

"Cette nouvelle frontière de la modélisation de l'évolution du paysage jette également un nouvel éclairage sur les processus volcaniques. Grâce à nos techniques de pointe pour mesurer les taux d'érosion et les propriétés des roches, nous pourrons mieux comprendre comment les rivières et les volcans se sont influencés dans le passé, " a déclaré le Dr Adams. " Cela nous aidera à anticiper avec plus de précision ce qui est susceptible de se produire après de futures éruptions volcaniques et comment gérer les conséquences pour les communautés vivant à proximité. "