Hvad en synkende ø kan fortælle os om havniveauændringer og jordskælv

Et af de mest slående træk ved Santa Catalina Island, sydvest for Los Angeles, er et fravær. I modsætning til store dele af Californiens kyst og dens nærmeste øer, Catalina mangler klipper, der træder op og tilbage fra havet – rester af kystlinjer, der blev skåret ud, da Stillehavet skvulpede højere, end det gør i dag, og forkastningsbevægelser endnu ikke havde skubbet denne del af kontinentet ud over vandets rækkevidde.

I stedet, Catalinas gamle strande ligger skjult under brændingen. Nu, ny forskning ledet af geofysikere fra Stanford University forklarer hvorfor:mens de fleste øer i det sydlige Californien bevæger sig opad, Catalina synker.

Forskere har diskuteret, om Catalina stiger eller synker i mere end 100 år. Så sent som i 2012, US Geological Survey offentliggjorde et papir, der konkluderede, at øen var hurtigt opløftende. "Vi er direkte i modstrid med deres resultater, "sagde Chris Castillo, en kandidatstuderende i geofysik ved Stanford's School of Earth, Energy &Environmental Sciences (Stanford Earth) og hovedforfatter af det nye papir.

"Når vi stopper op og tænker over det, det giver god mening, " sagde Stanford Earth geofysiker Simon Klemperer, avisens seniorforfatter. Forestil dig en kæmpe, sidelæns-S formet fold i den tektoniske pladegrænse ud for Californiens kyst. "Når fejlene er en smule buede, så når pladerne glider forbi hinanden, nogle stykker bliver skubbet op og andre aftager, " sagde Klemperer. "Halvdelen af ​​tiden skulle du forvente, at en ø er på vej ned. Grunden til, at vi ikke kan se det, er, at de fleste af de aftagende øer allerede er gået under havoverfladen. Offshore, der er en flok fladtoppede, undersøiske havbjerge, der plejede at være øer."

Afsløringen er nøglen til at forstå pladetektonik og jordskælvsrisiko i området omkring San Andreas-forkastningen. "Hvis Catalina skulle ændre retning og begynde at gå opad, " sagde Castillo, "det ville indebære en betydelig omorganisering af fordelingen af ​​tektonisk stress i det sydlige Californien." Og når tektonisk stress bliver omfordelt, det kan påvirke jordens bevægelse og jordskælv.

Forskningen, offentliggjort i den peer-reviewede Geological Society of America Bulletin, kommer midt i voksende presserende behov for at forstå detaljerne og skift af gamle kystlinjer, da lavtliggende kystsamfund regner med hyppigere oversvømmelser og accelererende havniveaustigning. Som Castillo udtrykte det, "Vi lever i en tid, hvor kystlinjen ændrer sig på os igen."

Send robotterne ind

De store dybder af Catalinas terrasser har længe holdt dem uden for rækkevidde for forskere, der søger at forstå bevægelsen af ​​jordskorpen langs det kontinentale grænseland i det sydlige Californien. For at overkomme denne udfordring, forskerne skabte et kort over havterrasserne og deres indre geometri ved hjælp af seismiske data, som involverer måling af, hvordan lydbølger preller af strukturer under overfladen af ​​havbunden. Så indsatte de et par fjernbetjente køretøjer, eller ROV'er, bundet til E/V Nautilus forskningsfartøjet for at verificere deres resultater.

Sender instruktioner i realtid til Nautilus-besætningen fra onshore-computere, Castillo og Klemperer styrede robotterne op ad øens stejle, mudrede skråninger, der starter mere end en halv mil under havets overflade. De fyldte ROV'erne til randen med kerner, tage prøver og sedimenter støvsuget op fra havbunden.

Laboratorieanalyse af prøverne, de indsamlede, afslørede til sidst hundredvis af skaller og fossiler, der var bevaret i sedimenter næsten 1, 000 fod dybere end vandet, hvor arten vides at have levet - et bevis på, at landet er faldet siden aflejringstidspunktet. Glat, afrundede sten fundet langt ud for kysten i Catalinas ældste, dybeste terrasser ligner dem, der er formet af bølger nær moderne strande. Alt dette peger på, at terrasserne engang har været ejendom ved stranden.

Hvad mere er, kulstofdatering af fossiler indsamlet fra en terrasse daterer dem tilbage til den sidste istid, hvilket svarer næsten nøjagtigt til, hvornår gruppens geofysiske kort antydede, at en del af øen ville have været meget tættere på havoverfladen, i det lave vand, hvor disse organismer blomstrede.

Undersøgelsen bygger på forskning, som Castillo først præsenterede i 2015, hvilket antydede, at Catalina sank og vippede med en hastighed, der kunne sætte øen helt under vandet inden for 3 millioner år. Nu, med de yderligere kulstofdaterede fossile beviser inkluderet i dette papir, Klemperer sagde, debatten om Catalinas stigning eller fald bør afgøres. "Vi har absolut, 100 procent overbevisning om, at øen i øjeblikket er på vej ned."

Vipper mod fastlandet

Forskningen viser, at Catalina er sunket hvert årti i mere end en million år med mindst otte millimeter - omtrent på højde med fire nikkel. Men den vipper også lige så lidt mod fastlandet, gør øens undersøiske klipper stejlere og stejlere med tiden.

Processen øger gradvist chancerne for, at klippestykker vil falde i undersøiske jordskred, som den nye forskning afslører har fundet sted i Catalinas fortid.

Disse begivenheder interesserer videnskabsmænd, fordi den hurtige bevægelse af havbundens sedimenter og klipper i nogle tilfælde kan forårsage tsunamier og skabe kaos på marin infrastruktur. Som resultat, forståelse af undersøiske jordskreds udløsere og dynamikker kan kaste lys over tsunamirisikoen for kystsamfund samt trusler mod dybvandsenergirørledninger og undersøiske kommunikationskabler. At studere jordskred kan endda kaste lys over det tidligere klima på Mars, hvor aflejringer fra jordskred analogt med dem på Jorden kan indeholde spor om tilstedeværelsen af ​​is eller vand.

Et jordskælv med en styrke på 5,3 – som er stærkt nok til at flytte tunge møbler, men ikke gøre skade på bygninger – sendte tusindvis af tons af klippemateriale ned ad havbunden fra en af ​​Catalinas naboøer i år. "Havde der været et større jordskælv, " sagde Castillo, "sammenbruddet og de resulterende bølger kan have haft betydning for fastlandet." Imidlertid, Castillo sagde, enhver tsunamier forårsaget af skred ved Catalina i fremtiden ville være lille og yderst usandsynlig.

Ud over Catalina

At forstå stigningen og faldet af terrasser langs Californiens kyst har implikationer langt ud over lokale samfund. Ved at zoome ind og måle meter for meter, hvordan havniveauet har ændret sig i forhold til landet på dette ene sted, med flere bevislinjer over en periode på mere end en million år, arbejdet kunne hjælpe med at kalibrere havniveaumodeller, forbedre forudsigelserne om stigende hav og sætte andre forskere i stand til nøjagtigt at måle hævningen eller sænkningen af ​​jordskorpen uden udgifter til boring og kerneboring. Tænk på det som beslægtet med medicinske diagnoser, der nu kan stilles med billeddiagnostik alene, uden snit for at forstå, hvad der ligger under huden.

"At have så mange punkter på stien som muligt hjælper virkelig med at give os et mere præcist billede af det globale havniveau over tid, " sagde Castillo. "Hvis vi ved, hvordan man matematisk modellerer, hvad der er sket i fortiden, så kan vi nok fortsætte det ud i fremtiden.«