資料洪流:德克薩斯州洪水峽谷為地球和火星水文理論提供測試

2002年大壩的大規模溢流在短短幾天內就在基岩上刻出了幾米深的通道

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2002年德克薩斯州災難性洪水留下的地質疤痕正在提供意想不到的科學益處。一項新的研究表明,研究人員可以利用被洪水淹沒的水庫大壩溢位的洪水沖刷出的通道作為一個實驗室,來測試關於這種峽谷是如何形成的科學理論。這項研究可以透過指出大型突發洪水在一個行星表面留下的印記種類,來幫助瞭解地球和火星的水文歷史。

八年前襲擊德克薩斯州中部的風暴對該地區造成了嚴重破壞,喬治·W·布什總統宣佈該地區為災區。根據美國地質調查局(USGS)的一份報告,洪水造成12人死亡,並在數十個縣損壞了48,000所房屋。在聖安東尼奧北部的峽谷湖,水衝過大壩的溢洪道,傾瀉到下面的山谷中。幾天之內,一條50米寬的通道(現在被稱為峽谷湖峽谷)在土壤和基岩中被雕刻出來,在短時間內徹底改變了地貌。

由於事件的近期性,以及美國地質調查局的監測、廣泛的地形資訊和目擊者報告,研究人員可以探索一場大型洪水的地質後果,這場洪水的流量和持續時間都得到了很好的限制。加州理工學院地質學家邁克爾·蘭姆說,這是一個罕見的,甚至可能是前所未有的機會,他是6月20日《自然地球科學》線上發表的描述峽谷形成的研究報告的合著者。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)

在2008-2009年於奧斯汀的德克薩斯大學進行的博士後研究期間,當他研究地球和火星上的峽谷形成時,他對這個峽谷產生了興趣,該大學距離峽谷約100公里。蘭姆與他在德克薩斯州立大學聖馬科斯分校的地理學家同事馬克·豐斯塔德一起發現,峽谷湖下方的地貌在大約三天內就被改造了,在此期間,數十萬立方米的岩石和沉積物被衝到下游。

火星表麵點綴著三角洲、洪泛區和沖溝,這表明這顆紅色星球有著豐富的水文歷史,即使今天的條件排除了液態水的出現。一些研究人員認為,曾經的條件大不相同,火星可能曾經擁有廣闊的靜止水海洋,這對該星球過去生命的發展來說是個好兆頭,但另一些人開始相信,水活動僅限於短暫的陣雨或災難性洪水

蘭姆指出,地球上的大多數大型洪水都發生在河流或其他地區,這些地區的水在漫長的時間裡一直在陸地上開闢道路。德克薩斯州地點的獨特之處在於,大壩下方的山谷歷史上基本上是旱地,這使得2002年洪水造成的改變清晰可見。維克托·貝克是亞利桑那大學圖森分校的水文學家、行星科學家和地質學家,他說,即使在感測和成像資料普遍存在的情況下,儘管德克薩斯州特有的暴雨頻繁,研究人員可能還需要一段時間才能觀察到另一條全新通道的新鮮雕刻。

蘭姆說,憑藉可用的洪水資訊量,峽谷湖峽谷可以提供一個現場實驗,以測試關於水流如何形成通道和峽谷的理論。這對於像火星這樣的地方來說會很有用,那裡只剩下古老的通道;行星科學家必須從水塑造表面的方式推斷出這顆紅色星球的水文歷史。“重新確認這些重建對於理解地球和火星的地質歷史非常重要,”蘭姆說。

貝克指出,2002年德克薩斯州洪水威力強大,從基岩中拔出米級大小的石灰石巨石並將它們帶走,留下了一條在某些地方深度超過12米的通道。它仍然無法與塑造地球和火星的古代超級洪水相提並論,但它比大多數實驗室研究更接近於複製這些條件。“像這樣的實驗,介於我們在實驗室可以做的和火星上存在的之間,是相關的,因為它向我們展示了這些物理原理如何相互作用以產生我們可以看到的結果,”他說。

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