Ny forskning afslører geografiske processer bag forvirrende fluviale lag

Sandstenen Torridon i det nordvestlige Skotland bevarer seks kilometer flodsediment fra prækambrium. Men hvilken slags geologiske begivenheder var i stand til at sætte deres spor for forskere at finde 1 milliard år senere?

Spændende nok, det var ikke store oversvømmelser eller dramatiske kursændringer - for det meste bare den almindelige kravling af klitter over flodbunden. Faktisk, kun et par måneders værdi.

Denne almindelighed ved flodaflejringer, eller fluviale lag har forvirret geologer i bedre del af et århundrede. I betragtning af hvor lidt af en flods historie bliver bevaret, forskere finder det underligt, at optegnelser over det almindelige dominerer, frem for bevis på de mest ekstreme hændelser. Ny forskning offentliggjort i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve , afslører de processer, der endelig kan forklare denne gåde.

Undersøgelsen ledet af Vamsi Ganti, en adjunkt i geomorfologi ved UC Santa Barbara, berører en af ​​de længst kørende debatter inden for geologi:katastrofisme kontra uniformitarisme. Det er, om den geologiske rekord har en tendens til at blive påvirket mere af store, sjældne begivenheder eller ved små, men almindelige forekomster.

Når det kommer til flodaflejringer, katastrofisme har et ret intuitivt argument. "Hvis sandsynligheden for, at en begivenhed bevares, er lav, så skal det bevarede på en eller anden måde være specielt, "Forklarede Ganti. Men forskere finder ud af, at dette simpelthen ikke er sandt, selvom mindre end 0,0001% af den forløbne tid bevares.

"Det er grunden til, at vi kalder dette den mærkelige almindelighed i fluviale lag, "sagde Ganti, "fordi det er mærkeligt, at bevarede begivenheder er så almindelige, selvom tidsbevarelsen er så ekstraordinær."

Flodmorfologi har en tendens til selvorganisering i et hierarki af niveauer, som Ganti og hans kolleger mente var nøglen til at forstå denne mærkelige almindelighed. Krusninger og klitter bevæger sig over flodbund i størrelsesordenen minutter og timer. Sandstængernes bevægelse sker over måneder og år, mens floder slynger sig og springer deres bredder over år og århundreder. I den mest ekstreme ende, havniveauændringer kan fremskynde erosion eller fremme sedimentation i løbet af årtusinder.

Heldigvis, forskere forstår, hvordan hvert af disse fænomener vises i den stratigrafiske registrering baseret på moderne observationer. Det viser sig, at disse funktioner varierer i størrelse fra tommerhøje krusninger til erosion forårsaget af havniveau, der kan skure hundredvis af meter sediment.

Ganti og hans kolleger byggede en probabilistisk model for at teste deres hypotese. De fandt ud af, at hvis alle flodprocesser sker i samme skala, kun de mest ekstreme hændelser bevares. Imidlertid, så snart de indførte et hierarki, sediment fra almindelige processer begyndte at udfylde erosionen forårsaget af fænomener et niveau højere.

Mysteriet blev løst. "Så længe du har en hierarkisk organisation inden for floddynamik, dine lag vil være almindelige, "Sagde Ganti.

Forskere har kendt til disse forskellige hierarkiske niveauer i flodmorfologi i et godt stykke tid, men ingen havde ført dem direkte sammen med flodlagernes sædvanlighed indtil nu, Ganti forklarede. Inden disse resultater, sedimentologer lignede lidt tidlige biologer, der kendte til taksonomi - arter, slægter, familier, osv. - uden at forstå evolutionsteorien, der forklarer dynamikken, der forbinder dem.

Begivenheder på ét niveau kan opbygge sediment - i så fald bevares de - eller de kan tære sediment væk, som derefter vil blive udfyldt af almindelige begivenheder et niveau lavere. Så, mens nogle ekstreme hændelser bevares, fælles fænomener dominerer den stratigrafiske rekord.

Ganti indså også, at de relative tidsrammer, som niveauerne udvikler sig over, bestemmer, hvad der bevares. For eksempel, tage de relative hastigheder for flodvandring versus avulsion, eller hvor ofte floden springer sine bredder. "Hvis din migration er hurtig og din avulsion sjælden, så bliver du ved med at omarbejde dine indskud, "Ganti forklarede. Disse systemer har en tendens til kun at bevare de mest ekstreme kanalhøjder." Men når du har en afulsion, du kan ikke omarbejde indbetalingen længere, fordi du er hoppet til et nyt sted. "

Med denne forståelse, forskere kan nu bruge lag til at sammenligne, hvor hurtigt hvert niveau udviklede sig, da en flod faktisk var aktiv. Faktisk, resultaterne styrker konklusionerne fra Gantis tidligere undersøgelse, hvor han havde demonstreret, at prækambriumske floder kunne have lignet enkeltkanalen, bugtende floder, vi kender i dag.

Forskere havde længe tvivlet på dette, da der ikke var nogen beviser bevaret i den stratigrafiske optegnelse. Mange argumenterede for, at sådanne floder ville have brug for planter for at sikre deres bredder, og landplanter havde endnu ikke udviklet sig. Men frem for at have ingen migration, i sandhed er det sandsynligt, at disse floder slyngede sig så ofte, at deres lag blev ved med at blive slettet. Ja, andre forskere har fundet ud af, at floder i ikke-vegeterede landskaber vandrer 10 gange hurtigere end dem med vegetation.

Gantis fund har også konsekvenser for den moderne verden, hvor klimaændringer og stigning i havniveau ændrer adfærden hos de store flodsystemer. For at forstå vores fremtid, mange forskere ser på aflejringer fra floder under Paleocene-Eocene Thermal Maximum, når gennemsnitstemperaturerne pludselig sprang 5 til 8 grader Celsius, kan sammenlignes med moderne klimaændringer. Beviser tyder på, at floder var mere mobile dengang, og nu har vi værktøjerne til at bestemme hvorfor.

"Vi ved, at sedimentforsyningen til floder ændrer sig på grund af menneskeskabte ændringer. Men hvad vi ikke ved, er hvilken bane vi sender floder på i det lange løb, "Sagde Ganti.

"Kommer vi bare til at øge migrationsraten? Vil vi gøre avulsioner hyppigere? Denne forskel er vigtig, fordi den bestemmer oversvømmelseshistorien, og hvor du udvikler dig i de kommende årtier og århundreder. "