Forscher erforschen die Faktoren, die die massive Schlucht des Cauca-Flusses in den tropischen Anden geformt haben

Mit steilen Wänden und tiefen Tälern gehören der Grand Canyon im Westen der Vereinigten Staaten oder die massiven Schluchten, die durch die Ränder des tibetischen Plateaus schnitten, zu den beeindruckendsten und spektakulärsten Landschaftsformen der Erde. Aber haben Sie sich jemals gefragt, wie sie entstehen?

Einige Studien haben vorgeschlagen, dass Schluchten entstehen, wenn eine Bergkette in die Höhe wächst und ein Fluss, der durch sie fließt, wie ein Messer in die Felsformation schneidet und schließlich Schluchten bildet. Andere Studien haben Canyon-Einschnitte mit vergangenen Klimaveränderungen in Verbindung gebracht. Zum Beispiel wird angenommen, dass im Miozän (vor etwa 15 Millionen Jahren) eine Zunahme der Niederschlagsraten die Ursache für den schnellen Einschnitt des Mekong in China ist.

Aber was ist mit Schluchten in heißen und feuchten tropischen Breiten? Forscher des Department of Earth and Environmental Sciences (EES) des College of Arts and Sciences (A&S) der Syracuse University haben kürzlich eine Forschungsexpedition in die tropischen Anden Kolumbiens gestartet, um die gewaltige Schlucht des Flusses Cauca zu untersuchen. Das Ziel des Teams war es, das Entstehungsalter der Schlucht des Cauca-Flusses zu bestimmen und dies dann mit bekannten tektonischen und klimatischen Prozessen zu vergleichen, die in der Region in den letzten 10 Millionen Jahren stattgefunden haben, um herauszufinden, was seinen Einschnitt verursacht hat. Das Team kam zu dem Schluss, dass die Erosion in der Schlucht des Cauca River durch tektonische Prozesse verursacht wurde. Ihre Studie, die das Verständnis von Erosions-Hotspots in tropischen Landschaften und der Gründe für ihr Auftreten in bestimmten Gebieten erweitert, wird eine wichtige Informationsquelle für Entscheidungsträger sein, die Erosion und Erdrutsche bei der Infrastrukturplanung berücksichtigen müssen. Ihre Ergebnisse wurden in zwei Artikeln präsentiert, die in erschienen sind Globaler und planetarischer Wandel und Bulletin der Geological Society of America.

Die Studie wurde von MIT-Postdoktorand Nicolás Pérez-Consuegra ’21 Ph.D. geleitet, der die Forschung als Doktorand in EES mit Unterstützung des Research Excellence Doctoral Funding Program der Graduate School und eines A&S-Promotionsstipendiums abschloss. Er arbeitete an dem Projekt mit seinem Berater Gregory Hoke, außerordentlicher Professor und Lehrstuhl für EES, Paul Fitzgerald, Professor für EES, und internationalen Kollegen von der Universität Potsdam, Deutschland, dem Deutschen Zentrum für Geowissenschaftliche Forschung, Deutschland, der Universität Granada, Spanien und Ecopetrol Brasilien, Rio de Janeiro, Brasilien.

Die Autoren verwendeten eine Kombination von Techniken. Sie analysierten die Landschaft anhand von Daten aus Satellitenbildern; führte Feldarbeit durch, um Gesteinsproben entlang einer der steilen Wände der Schlucht zu sammeln; und analysierte diese Gesteinsproben mittels Thermochronologie. Thermochronologie ist eine Technik, mit der die Forscher herausfinden können, wann und wie schnell eine Schlucht in einen Berg gegraben wird, indem sie aufzeichnen, wann die Felsen auf Oberflächentemperaturen abgekühlt sind. Bestimmte Mineralien, in diesem Fall Apatit, werden zu radioaktiven Uhren, wenn das Gestein abkühlt.

Bei ihrer Landschaftsanalyse beobachteten sie ein überraschendes Merkmal – ein massives Plateau, das ungefähr 2,5 km (~8.200 Fuß) hoch lag und von Hunderten von Wasserfällen und sehr steilen Flüssen umgeben war, die die Flanken des Plateaus entwässerten.

„Das Auffinden einer so flachen Landform in hohen Lagen in einem tropischen Klima ist unerwartet und deutet darauf hin, dass die Topographie nicht sehr alt sein könnte“, sagt Pérez-Consuegra. „Wenn die Topographie alt gewesen wäre, hätten die Flüsse das Plateau wahrscheinlich schon erodiert.“

Was könnte diese erhöhten Plateaus verursacht haben? Das Forschungsteam glaubt, dass die Erosion die Landschaft vor 50 bis 10 Millionen Jahren zu niedrigen, sanften Hügeln geglättet hat. Vor etwa 10 Millionen Jahren begannen tektonische Kräfte, diese geglättete Landschaft anzuheben und ein Plateau zu schaffen, das auf seiner derzeitigen Höhe von etwa 2,5 km (~8.200 ft) thront. Dies wurde wahrscheinlich durch eine Änderung des Winkels der ozeanischen Platte verursacht, die durch einen Prozess namens Slab Flattening unter das nördliche Südamerika subduziert wird.

Ihre Ergebnisse liefern einen plausiblen Zusammenhang zwischen tektonischen Prozessen, die tief in der Erde verwurzelt sind, und Erosion in Form von Schluchten, die von Flüssen geformt werden. Laut Pérez-Consuegra versucht das Team nun, die Erosionsraten im Einzugsgebiet in der zentralen Kordillere Kolumbiens zu bestimmen, um herauszufinden, wie schnell die Flüsse in das Plateau einschneiden und erodieren. Sie haben Sand aus mehr als 20 Flüssen gesammelt, um die Erosionsraten durch eine Technik zu berechnen, die kosmogene Nuklide verwendet, um die Zeit abzuschätzen, die Gestein benötigt, um die oberen 4 Fuß (1,2 m) der Erdoberfläche zu durchqueren, wenn es in Sediment umgewandelt wird. Ihre Ergebnisse werden die Bereiche bestimmen, in denen die Erosion am aktivsten ist, und somit dieselben Orte, an denen die Infrastruktur und die menschliche Bevölkerung am stärksten gefährdet sein werden.