Måling af malstrømmen:Hvordan sedimenter bevæger sig og sætter sig under stærke strømningshændelser i undersøiske kløfter

Flere gange om året turbulente undervandsimpulser af sand, mudder, og vand fejer ned ad Monterey Canyons snoede kanal. Som oversvømmelser på land, disse såkaldte "turbiditetsstrømme" brøler ned ad bunden af ​​kløften, efterlader en rest af sediment i deres kølvand. Et nyligt forskningsdokument viser, at disse begivenheder ofte bærer partikler af sandstørrelse 50 kilometer (31 miles) ned ad kløften og efterlader partikler af samme størrelse på havbunden. Dette fund er noget overraskende, fordi strømme i den nederste del af kløften er meget langsommere end i de øvre regioner.

Det nye papir fra MBARI-geologer og deres samarbejdspartnere giver også geologer deres første kvantitative, gentagne målinger af, hvordan sedimenter bevæger sig og sætter sig under stærke strømningshændelser i undersøiske kløfter.

Turbiditetsstrømme i Monterey Canyon er usynlige ved havoverfladen og forårsager sjældent skade bortset fra videnskabelige instrumenter i canyonen. Imidlertid har uklarhedsstrømme beskadiget eller ødelagt undersøiske kabler og rørledninger i andre kløfter. Fra et globalt perspektiv, disse undervandsstrømme er enormt vigtige, transporterer næsten lige så meget sediment som alle floder på land. Ud over, gennem millioner af år, sedimenterne, der føres ned i undersøiske kløfter, kan blive komprimeret og blive til fast sten, som nogle gange danner "reservoirer" for store olie- og gasforekomster.

I årtier har geologer forsøgt at forstå turbiditetsstrømme ved at se på de klippeformationer, de efterlader. Nogle få forskere har forsøgt at studere disse begivenheder, efterhånden som de opstår, men fordi turbiditetshændelser er så uforudsigelige, forekommer på dybt vand, og ødelægger ofte videnskabelige instrumenter, sådanne bestræbelser har i bedste fald været udfordrende.

Fra 2015 til 2017, MBARI-forskere ledede en 18-måneders, multi-institutionelt program kaldet Coordinated Canyon Experiment (CCE), som dokumenterede flere turbiditetsstrømme over store strækninger af Monterey Canyon. CCE var sandsynligvis det mest omfattende felteksperiment, der nogensinde er udført i nogen ubådskløft til dato. Et af målene med dette eksperiment var at forstå, hvordan strømme og sedimentbevægelser under disse begivenheder relaterer sig til de sedimenter, der efterlades på havbunden efter begivenhederne.

I en nylig artikel i bladet Grænser i geovidenskab , tidligere MBARI-postdoktor Katherine Maier og over et dusin medforfattere undersøgte CCE-målinger af strømme, transporteret sediment, og havbundens sedimentaflejringer.

Maier kommenterede, "Dette papir præsenterer en utrolig sjælden mulighed for at sammenligne sediment transporteret under en sedimentdensitetsstrøm med strømhastigheder og sedimentaflejringer fra den samme strømningshændelse. At forbinde strømme til deres aflejringer har været en langvarig videnskabelig udfordring, især i ubådskløfter."

Forskerne fandt ud af, at sandet, der forbliver tilbage på canyonbunden efter strømningshændelser, var meget lig det sand, der blev transporteret ned i canyonen under disse begivenheder.

"Dette papir handler om sandet, " sagde Charlie Paull, den ledende videnskabsmand på eksperimentet.

Gennem hele forsøget, forskere indsamlede sediment ved hjælp af "sedimentfælder" suspenderet 10 meter (33 fod) eller mere over havbunden. Under turbiditetshændelser, sedimentfælderne opsamlede sand, der var ligesom det materiale, der blev fundet lige på gulvet i kløften. "Dette tyder på, at sandet i strømmen blev rørt op i det omgivende vand, sagde Paull. Men, " han tilføjede, "Det kunne også tyde på, at sedimentfælderne blev trukket sidelæns af strømmen og ikke var så langt fra bunden, som vi troede, de var."

I mange geologiske omgivelser afspejler størrelsen af ​​sedimentet båret af strømme hastigheden af ​​disse strømme - svage strømme kan transportere små partikler af mudder eller silt, men stærkere strømme kan flytte sand, brosten, eller endda kampesten. Et af de overraskende fund i papiret var således, at størrelsen af ​​sedimentet i fælderne ikke var relateret til hastigheden af ​​strømmene målt under turbiditetsbegivenhederne. Som Maier påpegede, "Vi fandt lignende sand over 50 kilometer canyongulv, selvom strømningshastighederne var meget lavere i de dybere dele af kløften."

"Dette kunne tyde på, at det fine materiale går uden om denne del af canyonen, eller kan transporteres højere op i vandsøjlen, " bemærkede Paull. "Det viser også, at en betydelig mængde sediment passerer gennem canyonen, men ikke sætter sig til bunds og bliver en del af den geologiske rekord."

De data, der præsenteres i papiret, kan ende med at være lige så betydningsfulde som resultaterne. "Dette er de langt de mest omfattende målinger, der nogensinde er foretaget af sedimenttransport under turbiditetsstrømme." Paull bemærkede. "De vil være yderst nyttige for forskere, der forsøger at lave computermodeller af, hvad der foregår under disse begivenheder."

Maier var enig."Jeg tror, ​​at den del af CCE-datasættet, der præsenteres i dette nylige papir, vil blive et banebrydende datasæt."

Reflektere over de udfordringer, der er forbundet med at indsamle disse data, Maier kommenterede, "Selv nu, år efter eksperimentet, Jeg er stadig imponeret over, at vi tog det ud og hentede så mange data. Dette eksperiment, og især sedimentfælderne, repræsenteret en stor teknisk udfordring og risiko. Men i sidste ende var vi endnu mere succesfulde, end jeg havde håbet."