天气和气候如何影响地球生命的持续表面

我们对脚下的地面知之甚少，而不是我们对火星表面的了解，但科罗拉多大学博尔德分校的地球科学家的新研究为这个隐藏的世界提供了一个亮点，从岩石地板到谷底，展示了降雨如何影响我们星球的一部分。超出我们所能看到的范围。地球通常被称为“来自太阳的第三块岩石”，但坚硬的岩石在地表很少见。科学家将植被，土壤和蓄水碎片称为隐藏在地球岩石内部的“关键区域”。这个名字是为了纪念这个区域同时对生命至关重要并且由生物体塑造。临界区的特征 - 特别是其深度 - 控制地下水如何储存和释放到溪流中。

地下水提供的水源是国家乃至全世界农业和工业的生命线。但地下水本身并不是被动的。它沿着它的路径与岩石发生反应，这样做既可以化学转化岩石，又可以吸收溶解的矿物质和营养物质。

研究人员受到启发，研究两个国家科学基金会支持的临界区观测站(CZOs)之间的根本差异。在科罗拉多州前山脉的Boulder Creek CZO，可以在一层薄薄的土壤和破碎的岩石下找到新鲜的岩石，均匀地覆盖山坡。在南卡罗来纳州山麓的Calhoun CZO，新鲜的岩石远远低于地表，临界区域在山脊底部和山谷底部的薄片下面发出巨大的波浪。与南卡罗来纳州的红色粘土相比，科罗拉多州的土壤呈灰棕色和岩石状。

CU博尔德研究人员着手了解为什么这种维持生命和储水的土壤覆盖层和下面的风化岩石在不同地方变化如此之大。共同作者包括CU博尔德地质科学系的杰出教授Robert S. Anderson，CU博尔德土木，环境和建筑工程系的校长教学学者Harihar Rajaram教授，以及CU Boulder地理系的Suzanne P. Anderson教授。

“我们的目标是创建一个模型来解释为什么会出现这些差异，”Suzanne Anderson说。研究人员关注的是两个地点之间最明显的差异之一：天气。他们建立了一个数值模型来测试东南部更大的降雨量是否可以解释风化深度的巨大差异。在模型中，雨水在渗透景观时被跟踪，并导致岩石矿物质(或变换)成为粘土。由于风化过程缓慢，因此有必要包括土壤形成和侵蚀。

“基岩的风化可能是最重要的地质过程，因为它产生了我们赖以生存的土壤，”NSF关键区观测站项目主任Richard Yuretich说道，该项目资助了该研究。今天在水文过程期刊上发表的关于水在临界区中的作用的特刊中发现的结果表明，在干燥的条件下形成浅层的科罗拉多型临界区，而南卡罗来纳州的一个厚的起伏的临界区在潮湿的条件下形成。

换句话说，该模型成功地解释了这些景观的巨大差异。系统的连通性吸引了研究团队。

“令人着迷的是临界区厚度的简单模式如何对气候，侵蚀以及我们尚未考虑的过程产生反应，”Suzanne Anderson说，他也是CU Boulder北极和高山研究所的研究员(INSTAAR) )。“能够预测这些风化模式使我们能够理解我们关心的事物，从供水到保持健康的土壤。”

“土壤资源非常宝贵，”INSTAAR研究员罗伯特安德森说。“我们在这种模拟工作中必须接受的景观的一个方面是，我们需要数千年的时间来生成我们拥有的土壤。如果它被刮掉或被滥用，它就不会在人类时间尺度中被取代。管理不善意味着你永远无法收回它。““但对我来说，”他说，“足够有趣，足够令人满意，解释为什么你可以在南卡罗来纳州用铲子挖20英尺深的坑，并且必须在科罗拉多州2英尺内使用镐这都是关于天气的。“

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