Земная поверхность — это «живая кожа» нашей планеты, соединяющая физические, химические и биологические системы. В течение геологического времени ландшафты меняются по мере эволюции этой поверхности, регулируя круговорот углерода и циркуляцию питательных веществ, поскольку реки несут наносы в океаны.
Все эти взаимодействия имеют далеко идущие последствия для экосистем и биоразнообразия — множества живых существ, населяющих нашу планету.
Таким образом, реконструкция того, как земные ландшафты развивались на протяжении миллионов лет, является фундаментальным шагом к пониманию меняющейся формы нашей планеты и взаимодействия таких вещей, как климат и тектоника. Это также может дать ключ к разгадке эволюции биоразнообразия.
Работая с учеными во Франции (Французский национальный центр научных исследований, Парижский университет ENS, Университет Гренобля и Университет Лиона), команда из Университета Сиднея опубликовала в престижном журнале Science подробную геологическую модель изменений поверхности Земли.
«Наша первая динамическая модель — компьютерная симуляция — за последние 100 миллионов лет с высоким разрешением до 10 километров. В беспрецедентных подробностях она показывает, как поверхность Земли менялась с течением времени и как это повлияло на движение и оседание отложений», - пояснили ученые.
Разбитая на миллионы лет, модель основана на структуре, которая включает тектонические плиты и климатические силы с поверхностными процессами, такими как землетрясения, выветривание, изменение рек и многое другое (видео можно посмотреть ниже).
Проект стартовал около трех лет назад, когда была начата разработка новой модели эволюции ландшафта глобального масштаба, способной моделировать изменения за миллионы лет. Были найдены способы автоматически добавлять в нашу структуру другую информацию, такую как палеогеография — история ландшафтов Земли.
Для этого нового исследования были использованы современные реконструкции тектонических плит и моделирование прошлого климата в глобальном масштабе, а также австралийская национальная вычислительная инфраструктура, работающая на сотнях компьютерных процессоров. Каждое моделирование занимало несколько дней, создавая полную картину для реконструкции последних 100 миллионов лет эволюции поверхности Земли.
Результатом всей этой вычислительной мощности стали глобальные карты высокого разрешения, на которых показаны максимумы и минимумы земных ландшафтов (высота), а также потоки воды и наносов.
Все они хорошо согласуются с существующими геологическими наблюдениями. Например, были объединены данные о современных речных отложениях и потоках воды, площади водосборных бассейнов, сейсмические исследования и долгосрочные локальные и глобальные тенденции эрозии.
Основные результаты доступны в виде глобальных карт, основанных на времени, с интервалами в пять миллионов лет из Open Science Framework.
Одним из фундаментальных поверхностных процессов Земли является эрозия, медленный процесс, при котором такие материалы, как почва и горные породы, изнашиваются и уносятся ветром или водой. В результате образуются потоки наносов.
Эрозия играет важную роль в углеродном цикле Земли — бесконечной глобальной циркуляции одного из основных строительных блоков жизни — углерода.
Изучение того, как потоки наносов менялись в пространстве и времени, имеет решающее значение для нашего понимания того, как климат Земли менялся в прошлом.
Было обнаружено, что модель воспроизводит ключевые элементы переноса наносов Земли, от динамики водосбора, изображающей речные сети с течением времени, до медленных изменений крупномасштабных осадочных бассейнов. Смоделированные прошлые ландшафты полностью интегрированы с различными процессами, особенно с гидрологической системой — движением воды — обеспечивая более четкое и детальное представление о поверхности Земли.
Как отметили ученые, новое иследование раскрывает более подробную информацию о роли, которую постоянно меняющаяся поверхность Земли играла в перемещении отложений с горных вершин в океанические бассейны, в конечном итоге регулируя углеродный цикл и колебания климата Земли в течение длительного времени.
Изучая эти результаты в тандеме с геологическими данными, можно будет ответить на давние вопросы о различных важнейших особенностях земной системы, в том числе о том, как наша планета перерабатывает питательные вещества и породила жизнь, какой мы ее знаем.