Strandsandkrusninger kan være fingeraftryk til gamle vejrforhold

Når en kystvande ruller ud, det kan afsløre smukke krusninger i det midlertidigt udsatte sand. De samme bølgende mønstre kan også ses i gamle, forstenede havbund, der er blevet afsløret i forskellige dele af verden og bevaret i millioner eller endda milliarder af år.

Geologer ser til gamle sandkrusninger for at få spor til de miljøforhold, de dannede sig under. For eksempel, afstanden mellem krusninger er proportional med dybden af ​​vandet og størrelsen af ​​de bølger, der formede de underliggende krusninger.

Men sandkrusninger er ikke altid helt parallelle, carbonkopier af hinanden, og kan vise forskellige knæk og hvirvler. Kan disse mere subtile, tilsyneladende tilfældige afvigelser eller defekter fortæller os noget om de forhold, hvorunder en sandet havbund dannede sig?

Svaret, ifølge forskere fra MIT og andre steder, er ja. I et papir udgivet online og optrådt i 1. oktober -udgaven af Geologi , teamet rapporterer, at nogle almindelige defekter, der findes i både gamle og moderne havbund, er forbundet med visse bølgeforhold. I særdeleshed, deres fund tyder på, at krusningsfejl ligner timeglas, zigzags, og stemmegafler var sandsynligvis formet i perioder med miljøstrøm - f.eks. under kraftige storme, eller væsentlige ændringer i tidevandsstrømme.

"Den type defekt, du ser i krusninger, kan fortælle dig om, hvor dramatiske skiftene i vejrforholdene var dengang, "siger Taylor Perron, lektor i geologi og lektor ved MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS). "Vi kan bruge disse fejl som fingeraftryk til ikke bare at fortælle, hvad de gennemsnitlige forhold var tidligere, men hvordan tingene ændrede sig. "

Krusningsfejl i gamle sandbede kan også påvirke, hvordan væsker strømmer gennem sedimentære sten, herunder underjordiske reservoirer, der holder vand, olie og gas, eller endda lagret kuldioxid, ifølge Perron.

Ud over, han siger, krusningsmønstre i moderne sand virker til at ruge havbunden, bremse havstrømme nær kysten. At vide, hvordan krusninger ændrer sig som reaktion på skiftende bølger og tidevand, kan derfor hjælpe med at forudsige kystens erosion og oversvømmelser.

Perrons medforfattere er på papiret er tidligere MIT-kandidatstuderende Kimberly Huppert '11, Ph.d. '17, tidligere bachelor og nuværende postdoc Abigail Koss '12, Paul Myrow fra Colorado College, og tidligere bachelor Andrew Wickert '08 fra University of Minnesota.

Rynker bevaret

Teamet begyndte at undersøge betydningen af ​​krusningsfejl for flere år siden, da Myrow, der på det tidspunkt tilbragte sin sabbatperiode på MIT, viste Perron nogle fotos, som han havde taget af sedimentære sten ætset med krusninger og riller. Klipperne var, faktisk, gamle sandbede, der var hundreder af millioner af år gamle.

Bølgeformede krusninger dannes, når bølger bevæger sig hen over overfladen af ​​en væskekrop. Disse bølger får vand under overfladen til at cirkle rundt og rundt, generere oscillerende strømme, der opsamler sandkorn og sætter dem ned i en proces, der til sidst skærer trug og riller ud i hele sandbunden.

Men hvordan kunne sådanne sarte mønstre bevares i millioner af år? Perron siger, at forskellige processer i det væsentlige kunne sætte krusninger på plads. For eksempel, hvis vandstanden pludselig faldt, det kunne efterlade en sandbeds krusninger udsat for luften, tørre dem ud og hærde dem til en vis grad, så de beholdt deres mønstre, selvom mere sediment langsomt lagde sig oven på dem over milliarder af år.

Tilsvarende hvis et finere sediment som mudder eller silt dækker et sandleje, som efter en stor storm, disse sedimenter kunne dække de eksisterende krusninger. Som Perron forklarer, dette ville i det væsentlige "rustning dem, forhindre bølgerne i at ødelægge krusningerne, før mere sediment begraver dem. "Over tid, sedimenterne bliver til sten, når de er begravet dybt under jordens overflade. Senere, klippen, der ligger over krusningerne, kan naturligt tæres væk, afsløre de bevarede krusninger på overfladen igen.

Ved at kigge gennem fotos af sandkrusninger, Perron og Myrow bemærkede små fejl, der lignede tuning gafler, zigzags, og timeglas, på tværs af både gamle og moderne sandbede.

"Folk har lagt mærke til disse fejl før, men vi undrede os er de bare tilfældige, eller indeholder de faktisk nogle oplysninger? "siger Perron.

Padle gennem bølger

Forskerne satte sig for at studere de forskellige bølgeforhold, der genererer visse krusningsmønstre og defekter. At gøre dette, de byggede en akrylbølgetank, der var 60 centimeter bred, 50 centimeter dybt, og 7 meter lang. I den ene ende af tanken, de fastgjorde en motordrevet padle, som svingede frem og tilbage for at generere bølger, der rejste hen over tanken.

I den anden ende af tanken, de rejste en kunstigt skrånende "strand" dækket af et polymernet. Denne opsætning tjente til at minimere enhver bølgerefleksion:Da en bølge styrtede ned på den kunstige strand, energien forsvandt i netværket i stedet for at sprøjte tilbage og påvirke modgående bølger.

Holdet fyldte tanken med en 5 centimeter tyk seng med fint sand og vand nok til at nå 40 centimeter i dybden. For hvert forsøg, de satte padlen til at svinge frem og tilbage i en konstant afstand, og registrerede sandlejet som krusninger. På et bestemt tidspunkt, de observerede, at krusningerne - og især afstanden mellem krusninger - når en stabil, konsistent mønster. De registrerede denne afstand, sammen med padlens hastighed og amplitude, og så, over 32 eksperimentelle kørsler, enten øget eller reduceret padlebevægelsen, forårsager krusninger igen at morph til enten en bredere eller smallere afstand.

Interessant nok, de fandt ud af, i gang med at justere til en ny afstand, krusninger dannede mellemliggende defekter, der ligner zigzags, timeglas, og tuning gafler, afhængigt af bølgeforholdene, der er angivet af tankens padle.

Da forskerne forkortede padlens frem og tilbage-bevægelse, dette skabte kortere bølger, smallere krusninger, og mønstre, der lignede timeglas. Hvis skovlens bevægelse blev forkortet endnu mere - hvilket skabte hurtigere, kortere bølger - et mønster af "sekundære kamme, "hvor eksisterende krusninger syntes at danne midlertidige" skygge "krusninger på hver side, overtog. Da forskerne udvidede padlebevægelsen, genererer længere bølger, krusningerne dannede zigzagmønstre, da de skiftede til en større afstand.

"Hvis du ser disse former for defekter i naturen, vi hævder, at havbunden undergik en eller anden form for vejrforhold, tidevand, eller noget andet, der påvirkede vanddybden eller bølgerne, sandsynligvis i løbet af timer eller dage, "Siger Perron." For eksempel, hvis du ser masser af sekundære kamme, du kan se, at der var en temmelig stor ændring i bølgerne i modsætning til en mindre ændring, som måske giver dig timeglas i stedet. "

Forskerne observerede, at i alle scenarier, mønstre, der ligner tuning gafler, dukkede op, selv efter krusninger havde nået en ny, stabil afstand.

"Disse tuning gafler har en tendens til at blive ved i lang tid, "Perron siger." Hvis du ser dem i moderne eller gammel sten, de foreslår, at en havbund har oplevet en ændring, men så forblev betingelserne stabile, og sengen havde lang tid til at justere. "

Fremadrettet, Perron siger, at geologer kan bruge holdets resultater som en plan for at forbinde visse krusningsfejl med de vandforhold, der kan have skabt dem, i både det moderne miljø og i den gamle fortid.

"Vi tror, ​​at disse små defekter kan fortælle dig meget mere om et gammelt miljø end bare, hvad den gennemsnitlige størrelse af bølgerne og vanddybden var, "Perron siger." De kunne fortælle dig, om det var et miljø, der havde tidevand, der var stort nok til at ændre krusninger så meget, eller hvis et sted oplevede periodiske storme, endda for milliarder af år siden. Og hvis vi finder ældgamle bølger på Mars, vi ved, hvordan vi læser dem. "