Forhistoriske megaoversvømmelser mindre end antaget

Mægtige oversvømmelser har skåret dybe kløfter ud på Jorden. Ny forskning tyder på, at dette kan have krævet mindre strøm end tidligere antaget. Indsamling af sådanne data, imidlertid, kan være krævende.

"Vi brugte så meget kraft, at flåden næsten foldede sig sammen som en musling, siger Willem van der Bilt.

Han mindes en stille septemberdag i det nordlige Island i 2018. På en lille sø ved navn Ástjörn, han og en kollega stod på en tømmerflåde bestående af en metalplatform oven på en gummibåd. En tredje kollega var blevet sendt i land, mens de to forskere fra Bjerknes Center for Klimaforskning og Institut for Geovidenskab ved Universitetet i Bergen kæmpede for at fuldføre deres job.

Under dem, et plastikrør var blevet presset fem meter ned i søens sedimenter, dybt nok til at skære gennem fem tusind år af aflejret ler og sand. Dyb nok til at sidde fast.

Det var den slags arbejde, de havde udført mange gange før. Sedimentprøver fra bunden af ​​havet og fra søer er en af ​​de vigtigste datakilder for paleo-klimatologer. Lag for lag, mudder og rådnende planter sætter sig i bunden, det ældste materiale længst nede og yngre materiale ovenpå - opbygning af et arkiv over alt, hvad vandet har holdt i tusinder af år.

Denne gang, forholdene var usædvanlige. Røret sad fast i vulkansk aske, og metalflåden stønnede og stønnede.

"Vi pressede på sedimentkernen med en donkraft, mens vi bekymret kigger på kystlinjen og spørger os selv:kan vi svømme hurtigt nok til at nå den? " siger Willem van der Bilt. "Det var ret skræmmende."

Fundet rester af megaoversvømmelser

Med et stød, røret med kernen kom ud, og flåden holdt. Deres indsats var ikke forgæves. Inde i røret, de fandt beviser for tre store oversvømmelser, der har ændret landskabet mere drastisk end én ting, de havde magten til at gøre. Oversvømmelserne var store, men ikke så fantastisk.

Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Communications Earth &Environmenttoday, af Willem van der Bilt og kolleger fra Bjerknes Center for Climate Research, Universitetet i Bergen, Manchester Metropolitan University, Det kongelige hollandske institut for havforskning, Utrecht University og Liverpool John Moores University.

Forskerne konkluderer, at dybe kløfter og kløfter kan være blevet dannet af mindre omfangsrige oversvømmelser end tidligere antaget. Som en implikation, rindende vand kan også gøre mere skade end antaget. Dette gør resultaterne vigtige langt ud over en tyndt befolket region i det nordlige Island.

Søen ved floden

Ástjörn var ikke en del af deres oprindelige rejseplan. Willem van der Bilt kalder det et sideprojekt af et sideprojekt. Forskerne var i det nordlige Island for at lave feltarbejde for et andet projekt. De havde fuldført opgaven, da de kom over denne lille sø på kortet.

Da ideen var plantet, de havde ingen grund til ikke at tage dertil. De kørte allerede rundt med flere meter lange boreudstyr på taget af deres bil.

Ástjörn ligger nedstrøms for et af de mægtigste vandfald i Europa, Dettifoss, i floden Jökulsá á Fjöllum. Navnet betyder gletsjerflod fra bjergene. Gennem dybe kløfter, denne flod fører smeltevand fra den nordlige side af Europas næststørste gletsjer, Vatnajökull, til havet på den nordlige side af Island. Gennem tiderne, hvirvlende flodvand har skåret kløfter ud, nogle steder næsten hundrede meters dybde.

Men Ástjörn er ikke en del af floden, hvorfor det tiltrak Willem van der Bilt. Søerne de allerede havde undersøgt, tilføres jævnligt smeltevand fra Vatnajökull. Ástjörn ligger på et plateau ved siden af ​​og over Jökulsá á Fjöllum, adskilt fra flodsletten af ​​en høj hovedmur.

"Det gik op for mig, at hvis floden skulle flyde over, oversvømmelsessedimenter ville samle sig i søen, " siger han. "Først bagefter indså vi, at dette er en væsentlig forskningsramme om et bestemt emne:megaoversvømmelser i Island."

Barrieren, der blokerer indsejlingen til Ástjörn, ligger 30 meter over flodsletten. Ikke engang de mest energiske forårsfloder når så højt. vulkaner, at bryde isdæmninger og skylle gletsjervand er nødvendige. En oversvømmelse, der forekommer én gang hvert tusinde år, kræver ajökulhlaup.

Oversvømmelser fra isen

Hvis der havde været mennesker på Island for 3500 år siden, de kunne have bemærket hvid røg over Vatnajökull. Vanddamp steg og kondenserede til skyer af små dråber. timer, dage eller uger senere, røgen var blevet grå, og store askeklumper lagde sig i en lavning i isoverfladen.

Gletschere er ikke ubevægelige, og for Vatnajökull, heller ikke jorden under. Der er aktive vulkaner, og under udbrud smelter varme gletsjerisen ovenover. Kæmpe søer bygger sig op, inddæmmet af gletsjeren. Vandstanden stiger, og når isdæmningerne til sidst går i stykker, vand strømmer ned gennem floderne. Sådanne oversvømmelser kaldes glaciale søudbrudsoversvømmelser, eller ved deres islandske navn, jökulhlaup, som om selve gletsjeren kom løbende ned ad bjerget.

Vandstrømmen kan vare i et par timer eller dage. Dette skete for 3500 år siden og flere gange før og efter - alt i alt nok til at udhugge kløften, der deler landskabet omkring Jökulsá á Fjöllum.

Hvis oversvømmelsen er virkelig stor, vand kan krydse barrieren ved den nordlige side af Ástjörn.

Som cement

Tilbage i laboratoriet i Bergen, Willem van der Bilt åbnede sedimentkernen og delte den i to halvdele. Tre forskellige, grå lag kunne ses mellem silt, sand og rester af planter.

"Det lignede cement, " siger han. "Vi kunne med det samme se, at det var oversvømmelsessedimenter."

Oversvømmelsessedimenterne er fint støv, jord fra det vulkanske grundfjeld under Vatnajökull. Laboratorieanalyser viste, at de endte i Ástjörn under oversvømmelser omkring 1350, 1500 og 3500 år siden.

Paleo-forskere bruger ofte kulstof til at datere gammelt materiale. På Island, kulstofdatering er kompliceret. Vulkanerne spyr CO ₂ op i luften, og når omgivelserne optager kulstof fra denne gas, tidslinjen er forstyrret. Men vulkanudbrud kan også bruges som tidtager.

I sedimenterne i Ástjörn var der bittesmå glaspartikler, som kunne spores til specifikke, dokumenterede udbrud i Island. At floden var oversvømmet disse tre gange, var allerede kendt, men de vulkanske partikler gjorde det muligt at bestemme tiden mere nøjagtigt.

En islandsk Mississippi

Da de havde fundet sedimenter fra disse gigantiske oversvømmelser i den normalt afbrudte sø Ástjörn, de kunne beregne mængden af ​​vand, der havde skåret ud kløften i Jökulsá á Fjöllum. Tallet de fandt på, var langt mindre end tidligere antaget.

Selvom Ástjörn og dens omgivelser var nyt territorium for Willem van der Bilt, han opdagede hurtigt, at andre videnskabsmænd allerede havde undersøgt oversvømmelserne og kløfterne i Jökulsá á Fjöllum. Hydrologiske simuleringer af oversvømmelser i floden eksisterede, og man vidste, hvornår forskellige dele af de dybe kløfter var blevet dannet. Under de mest ekstreme oversvømmelser, kløften er blevet udgravet så intenst, at placeringen af ​​Dettifoss-vandfaldet har bevæget sig langt op i floden. Sådanne ændringer var blevet dateret.

Oversvømmelsessimuleringer gjort tilgængelige, viste, at vand løber ind i Ástjörn, når udledningen i floden når 20.000 kubikmeter i sekundet, omtrent lige så meget som i Mississippi eller Brahmaputra. Sådanne oversvømmelser havde dumpet de cementlignende sedimenter, som forskerne havde fundet - oversvømmelser store nok til at tillade vand at krydse tærsklen på den nordlige side af søen.

Hvis udledningen overstiger 130.000 kubikmeter pr. sekund, vand kan også komme ind i Ástjörn fra syd. Et kraftigt vandfald ville derefter skylle det meste af sedimenterne væk, der allerede var der. Nogen tegn på en sådan begivenhed blev ikke set i de fem tusinde års data, der var dækket af denne sedimentkerne.

Dermed, Willem van der Bilt og hans kolleger kunne konkludere, at de tre oversvømmelser, i deres mest voldelige sekunder, havde bragt mellem 20000 og 130000 kubikmeter vand gennem kløfterne Jökulsá á Fjöllum.

Det er mindre end en tredjedel af de tidligere estimater af den strøm, der kræves for at skabe disse kløfter. Naturligvis, vandet har skuret mere effektivt end antaget.

Vand bliver en slibemaskine

Når søerne under Vatnajökull bryder gennem isdæmningen, ikke kun vand, men også masser af sand og ler flyder ned ad flodlejet.

"Floden fungerer som sandpapir, " forklarer Willem van der Bilt.

Det drivende sand tillader oversvømmelsesvand at male mere sten af, end rent vand kunne have gjort.

Hvilken slags mineral møder vandet, har også betydning. I Jökulsá á Fjöllum er lavaen størknet til basaltsøjler. Når enorme mængder vand strømmer rundt om og over disse søjler, de går i stykker, vælte og bliver trukket væk af strømmen. På denne måde kløfter og kløfter udhugges hurtigere, end de ville gøre, hvis grundfjeldet skulle eroderes korn for korn.

Willem van der Bilts resultater bekræfter, hvad computersimuleringer har vist i de senere år. Der skal mindre vand end antaget til for at sætte markante mærker i landskabet. Dette er også blevet observeret ved sæsonbestemte oversvømmelser. Denne undersøgelse er den første til at dokumentere, at det også er tilfældet for megaoversvømmelser, der kun forekommer én gang pr. årtusinde.

Som en anden planet

"Uden planterne, Island ville næsten ligne Mars, siger Willem van der Bilt.

Ástjörn er omgivet af græsgange, birk og pil, men under det grønne dække, landskabet ligner vores naboplanet. Kløfterne på Mars er tegn på en fortid med megaoversvømmelser, begivenheder, vi skal sammenligne med floder på Jorden for at kende omfanget af.

"Jeg ville elske at tage til Mars på feltarbejde, men jeg kan ikke se det ske snart, Willem van der Bilt griner.

Island kan nås på få timer. Der er få steder i verden, hvor geologer kan komme tættere på naturens kræfter. Oversvømmelser af det omfang, der er beskrevet i den nye undersøgelse, forekommer trods alt så ofte som én ud af tusind år. Der går ikke mange årtier mellem de mindre udbrudsoversvømmelser fra Vatnajökull, og i 1996 skete en ret stor oversvømmelse. Men selvom vandet kom tæt på i 1725, oversvømmelser har aldrig nået Ástjörn i historisk tid.

Willem van der Bilts megaoversvømmelser er mærker i en sedimentkerne og tal fra en computermodel. Tørre rester af vand, der engang flød. At se en rigtig megaflod fra en helikopter ville være noget andet. Så, hvis det skete igen?

"Jeg ville gå, " siger han. "Fra et flys sikkerhed, og ved at folk på jorden er ude af fare, Jeg ville elske at se en del af handlingen. Jeg ville helt gå."