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模型将沉积物中的模式与降雨 隆升和海平面变化联系起来

从树环到洞穴形成的许多自然记录都记录了塑造地球表面的力。在最近的一项研究中,得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员表明,另一种自然记录(沉积物堆积在盆地边缘)为科学家提供了一个强大的工具,帮助他们了解形成了数百万年的地球的力量,并对当今的理解产生了影响

该研究发表在《地质》杂志上,并使用一种计算机模型将沉积物中的不同形态与气候和构造活动的变化联系起来。

UT的经济地质局研究助理张进宇说:“我们正在努力寻找一种区分构造和气候信号的方法。” “通过使用这种数值模型,我们突然拥有了在不同构造和气候下模拟世界的能力。”

该局的研究科学家ZoltánSylvester和Jacob Covault共同撰写了该论文。

长期以来,地球科学家一直在寻找沉积盆地,以寻找有关地球过去气候的线索。这是因为沉积物的供应与诸如降雨或降雪之类的环境因素紧密相关,这些因素通过侵蚀和沉积物在整个景观中以及流向盆地的迁移来影响沉积物的产生。构造因素也会影响沉积物的产生,增加的隆起与更多的沉积物有关,而减少的隆起与较少的沉积物有关。

然而,尽管知道沉积物供应与气候和构造有关,但研究人员表示,对于这些现象的变化如何直接影响沉积物在长期尺度上沿盆地边缘的沉积方式知之甚少。

这项研究改变了这一点,张先生使用开源计算机程序pyBadlands创建了一个“源到汇”的3-D模型,该模型跟踪降水,构造隆升和海平面的变化如何影响沉积物的侵蚀和沉积。该模型使用了喜马拉雅山脉和印度河三角洲启发的地形来追踪沉积物,这些沉积物从山中流经河流系统,并在数百万年的时间内沉淀在盆地边缘。

源到汇模型运行说明了高度(左)和侵蚀/沉积(右)的变化。图片提供者:Jinyu Zhang /德克萨斯大学奥斯汀分校。

Covault说:“这是第一个将地貌演化部分包含地层响应,沉积响应并以3-D形式进行处理的模型。” “金宇在将所有这些整合在一起方面迈出了非常重要的一步。”

研究人员在3000万年的模拟时间内运行了14种不同的场景(每种场景具有不同的气候,构造和海平面设置),以调查景观地形和沉积物沉积的变化。

不同的情景在沉积物沉积中产生了不同的模式,这使研究人员可以得出有关构造和气候因素如何影响盆地边缘生长的一般结论。例如,隆升的变化需要数百万年才能影响盆地边缘沉积物的变化,但是一旦这些变化生效,它们就会为行为设定新的基准。相反,降水的变化会引起急剧的变化,然后又恢复到气候变化之前观测到的沉积行为。

情景表明,海平面可能使构造变化信号向盆地的传递复杂化。例如,海平面上升淹没了沿海地区,并干扰了沉积物到达盆地边缘。但是,当这种情况与降水增加相结合时,泥沙供应量就足够大,可以到达盆地边缘。

伦敦帝国理工学院的教授加里·汉普森(Gary Hampson)并未参与这项研究。他说,该模型为希望重建地球过去的地球科学家提供了重要指导。

他说:“结果提高了地学家对盆地边缘地质档案中的构造和气候历史的解释的信心。”

在过去的两年中,Zhang学习了Python编程语言,因此可以使用由悉尼大学的Tristan Salles开发的pyBadlands软件。

西尔维斯特(Sylvester)利用类似的工具来研究河流系统中的侵蚀和沉积,他说,地球科学家可以使用的计算工具比以往任何时候都更容易获得地球科学中长期存在但基本的问题。

他说:“这是一个激动人心的时刻。” “以定量的方式调查地层记录变得越来越容易。”

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