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2002年德克萨斯州灾难性洪水留下的地质疤痕正在提供意想不到的科学益处。一项新的研究表明,研究人员可以利用被洪水淹没的水库大坝溢出的洪水冲刷出的通道作为一个实验室,来测试关于这种峡谷是如何形成的科学理论。这项研究可以通过指出大型突发洪水在一个行星表面留下的印记种类,来帮助了解地球和火星的水文历史。
八年前袭击德克萨斯州中部的风暴对该地区造成了严重破坏,乔治·W·布什总统宣布该地区为灾区。根据美国地质调查局(USGS)的一份报告,洪水造成12人死亡,并在数十个县损坏了48,000所房屋。在圣安东尼奥北部的峡谷湖,水冲过大坝的溢洪道,倾泻到下面的山谷中。几天之内,一条50米宽的通道(现在被称为峡谷湖峡谷)在土壤和基岩中被雕刻出来,在短时间内彻底改变了地貌。
由于事件的近期性,以及美国地质调查局的监测、广泛的地形信息和目击者报告,研究人员可以探索一场大型洪水的地质后果,这场洪水的流量和持续时间都得到了很好的限制。加州理工学院地质学家迈克尔·兰姆说,这是一个罕见的,甚至可能是前所未有的机会,他是6月20日《自然地球科学》在线发表的描述峡谷形成的研究报告的合著者。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)
在2008-2009年于奥斯汀的德克萨斯大学进行的博士后研究期间,当他研究地球和火星上的峡谷形成时,他对这个峡谷产生了兴趣,该大学距离峡谷约100公里。兰姆与他在德克萨斯州立大学圣马科斯分校的地理学家同事马克·丰斯塔德一起发现,峡谷湖下方的地貌在大约三天内就被改造了,在此期间,数十万立方米的岩石和沉积物被冲到下游。
火星表面点缀着三角洲、洪泛区和冲沟,这表明这颗红色星球有着丰富的水文历史,即使今天的条件排除了液态水的出现。一些研究人员认为,曾经的条件大不相同,火星可能曾经拥有广阔的静止水海洋,这对该星球过去生命的發展来说是个好兆头,但另一些人开始相信,水活动仅限于短暂的阵雨或灾难性洪水。
兰姆指出,地球上的大多数大型洪水都发生在河流或其他地区,这些地区的水在漫长的时间里一直在陆地上开辟道路。德克萨斯州地点的独特之处在于,大坝下方的山谷历史上基本上是旱地,这使得2002年洪水造成的改变清晰可见。维克托·贝克是亚利桑那大学图森分校的水文学家、行星科学家和地质学家,他说,即使在传感和成像数据普遍存在的情况下,尽管德克萨斯州特有的暴雨频繁,研究人员可能还需要一段时间才能观察到另一条全新通道的新鲜雕刻。
兰姆说,凭借可用的洪水信息量,峡谷湖峡谷可以提供一个现场实验,以测试关于水流如何形成通道和峡谷的理论。这对于像火星这样的地方来说会很有用,那里只剩下古老的通道;行星科学家必须从水塑造表面的方式推断出这颗红色星球的水文历史。“重新确认这些重建对于理解地球和火星的地质历史非常重要,”兰姆说。
贝克指出,2002年德克萨斯州洪水威力强大,从基岩中拔出米级大小的石灰石巨石并将它们带走,留下了一条在某些地方深度超过12米的通道。它仍然无法与塑造地球和火星的古代超级洪水相提并论,但它比大多数实验室研究更接近于复制这些条件。“像这样的实验,介于我们在实验室可以做的和火星上存在的之间,是相关的,因为它向我们展示了这些物理原理如何相互作用以产生我们可以看到的结果,”他说。