Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Natur

Turbiditetsstrømme er ikke bare strømme, men involverer bevægelse af selve havbunden

Instrumenter som denne bentiske hændelsesdetektor hjalp forskere med at opdage, hvordan havbunden bevæger sig under turbiditetsbegivenheder i undersøiske kløfter. Kredit:2016 MBARI

Turbiditetsstrømme er historisk blevet beskrevet som strømme i hurtig bevægelse, der fejer ubådskanaler, transporterer sand og mudder ind i dybhavet. Men et nyt papir i Naturkommunikation viser, at snarere end bare at bestå af sedimentbelastet havvand, der strømmer over havbunden, turbiditetsstrømme involverer også store bevægelser af selve havbunden. Denne dramatiske opdagelse, resultatet af en 18 måneder lang, multiinstitutionel undersøgelse af Monterey Canyon, kunne hjælpe havingeniører med at undgå skader på rørledninger, kommunikationskabler, og andre havbundstrukturer.

Geologer har kendt til turbiditetsstrømme siden mindst 1929, da et stort jordskælv udløste en voldsom strøm, der tilbagelagde flere hundrede kilometer og beskadigede 12 transatlantiske kommunikationskabler. Turbiditetsstrømme er stadig en trussel i dag, efterhånden som folk lægger flere og flere kabler, rørledninger, og andre strukturer på havbunden. Turbiditetsstrømme er også vigtige for petroleumsgeologer, fordi de efterlader lag af sediment, der omfatter nogle af verdens største oliereserver.

På trods af næsten et århundredes forskning, geologer har kæmpet for at komme med en konceptuel model, der detaljeret beskriver, hvordan turbiditetsstrømme dannes og udvikler sig. Det koordinerede Canyon -eksperiment blev designet, delvis, at løse denne debat. Under denne 18 måneder lange undersøgelse, forskere fra Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), den amerikanske geologiske undersøgelse, University of Hull, National Oceanography Center, University of Southampton, universitetet i Durham, og Ocean University of China kombinerede deres ekspertise og udstyr til at overvåge en 50 kilometer lang (31-mile) strækning af Monterey Canyon i hidtil uset detalje.

Under forsøget, forskere placerede over 50 forskellige instrumenter syv forskellige steder i kløften og foretog detaljerede målinger under 15 forskellige turbiditetsstrømme. Næsten alle strømningerne begyndte nær toppen af ​​kløften i vand mindre end cirka 300 meter (1, 000 fod) dybt. Når den først er startet, strømningerne rejste mindst flere kilometer ned ad kløften. De tre største strømme kørte over 50 kilometer, fejer forbi den dybeste overvågningsstation i kløften i en dybde af 1, 850 meter (6, 000 fod).

Dette omfattende forskningsprogram viste, at turbiditetsstrømme i Monterey Canyon involverer både bevægelser af vandmættet sediment og af sedimentfyldt vand. Som beskrevet i den seneste Naturkommunikation papir, den vigtigste del af processen er et tæt lag vandmættet sediment, der bevæger sig hurtigt over bunden og remobiliserer de øverste få meter af den allerede eksisterende havbund.

Dette er meget forskelligt fra tidligere konceptuelle modeller af turbiditetsstrømme, som fokuserede på grumsestrømme, sedimentfyldt vand, der rejser over havbunden. Forfatterne til det seneste papir observerede plumes af sedimentfyldt vand under turbiditetshændelser, men de antyder, at det er sekundære træk, der dannes, når pulsen af ​​mættet sediment blander sig i det overliggende havvand.

"Hele dette eksperiment var et forsøg på at lære, hvad der foregik i bunden af ​​kløften, sagde Charlie Paull, MBARI havgeolog og første forfatter til det seneste papir. "I årevis har vi set instrumenter i bunden bevæge sig på uventede måder, og vi havde mistanke om, at havbunden kunne bevæge sig. Nu har vi reelle data, der viser, hvornår, hvor, og hvordan dette sker. "Blandt de instrumenter, der blev brugt i forsøget, var strømmålere monteret på syv fortøjninger fordelt langs canyongulvet. Analyse af dataene fra disse instrumenter og måling af den tid, det tog for strømningerne at rejse mellem fortøjningerne, forskerne blev overraskede over at opdage, at strømningerne syntes at bevæge sig ned ad kløften med hastigheder, der var større end de faktiske målte vandstrømme.

Dette kort viser de generelle placeringer af syv overvågningsstationer (ikke i målestok), der blev indsat i Monterey Canyon under multiinstitutionen, 18 måneders langt koordineret Canyon-eksperiment. Kredit:David Fierstein.

Selvom vippning og andre bevægelser af de nuværende målere kunne forklare nogle af disse observationer, forskerne konkluderede til sidst, at deres instrumenter ikke bare blev flyttet af strømme af grumset vand, der flyder over havbunden.

Forskerne placerede også sensorer i strandkugle størrelse kaldet bentiske hændelsesdetektorer (BED'er) i havbunden. BED'erne er designet til at blive transporteret af turbiditetsstrømme, mens de bærer instrumenter, der registrerede deres dybde, vandret og lodret bevægelse, og rotation. Andre bevægelsessensorer blev monteret på store, stålrammer, der vejer op til 800 kg (1, 760 pund). Disse blev designet til at forblive stationære, mens strømningerne passerede omkring dem.

Imidlertid, både BED'erne og de tunge rammer blev ført langt ned ad kløften under stærke turbiditetshændelser. Faktisk, det tunge, akavet formede instrumentrammer rejste ofte lige så hurtigt som de relativt lette, strømlinede BED'er.

Forskerne bemærkede også store sandbølger, op til to meter (6,5 fod) høj, på gulvet i kløften. Gentagne bundundersøgelser viste, at disse sandbølger skiftede dramatisk under uklarheder, remolding de to til tre meter af havbunden. Men forskerne var stadig ikke sikre på, præcis hvordan denne remolding skete.

Data fra BED'erne gav et vigtigt fingerpeg. Under mange arrangementer, sengene bevægede sig ikke bare ned ad kløften til dybere vand, men rejste lige så hurtigt eller hurtigere end det overliggende vand. De bevægede sig også op og ned i strømmen så meget som tre meter med jævne mellemrum.

Forskerne konkluderede, at frem for at blive "trukket" langs bunden af ​​en stærk strøm, deres instrumenter blev "raftet" af en tæt, bundkrammende lag af vandmættet sediment. De antog, at op og ned bevægelser af BED'erne opstod, da instrumenterne rejste over individuelle sandbølger. Som Paull bemærkede, "BED'erne gav en vigtig kerne af nye data, der gjorde det muligt for os at forstå havbundens bevægelse for første gang."

"Lærebøger og modelleringsindsats har traditionelt fokuseret på fortyndede strømme af sedimentfyldt vand over bunden, "Tilføjede Paull." Men vi ved nu, at fortyndede strømme kun er en del af ligningen. Det viser sig, at de er bagenden af ​​processen, som virkelig begynder ved havbunden. "


Varme artikler