Forskning afslører, at forhistoriske havbundens lommemærker ud for Californiens kyst opretholdes af kraftige sedimentstrømme

Ny MBARI-forskning i et felt af pockmarks – store, cirkulære lavninger på havbunden – ud for det centrale Californien har afsløret, at kraftige sedimentstrømme, ikke metangasudbrud, opretholder disse forhistoriske formationer.

Et team af forskere fra MBARI, United States Geological Survey (USGS) og Stanford University offentliggjorde deres resultater i Journal of Geophysical Research:Earth Surface . Dette arbejde giver vigtig information til at vejlede beslutningstagning om ansvarlig brug og forvaltning af havbunden ud for Californien, herunder vurdering af stedet for udvikling af havvindmølleparker.

Sur Pockmark Field - et område på størrelse med byen Los Angeles, der ligger ud for kysten af ​​Big Sur, Californien - indeholder mere end 5.200 cirkulære lavninger. Disse formationer er cirka 200 meter (656 fod) på tværs, cirka afstanden til to fodboldbaner, og fem meter (16 fod) dybe.

Tidligere forskning i andre dele af verden har antydet, at lignende store havbundsfordybninger blev dannet og vedligeholdt af metangas, der boblede op gennem sedimenterne. Med vindmølleparker planlagt til opførelse offshore i det centrale Californien, var ressourceforvaltere bekymrede over, hvordan tilstedeværelsen af ​​metangas kunne påvirke stabiliteten af ​​havbunden i denne region.

Dataene indsamlet af MBARI-forskere og deres samarbejdspartnere fandt ingen tegn på metan på dette websted. I stedet har forskerholdet foreslået, at sedimenttyngdekraftsstrømme – svarende til en lavine af mudder, sand og vand, der bevæger sig langs havbunden – som har fundet sted i denne region med mellemrum i hundredtusinder af år, opretholder disse havbundsformationer.

"Der er mange ubesvarede spørgsmål om havbunden og dens processer," sagde MBARI Senior Research Technician Eve Lundsten, der ledede dette arbejde. "Denne forskning giver vigtige data om havbunden for ressourceforvaltere og andre, der overvejer potentielle offshore-steder til undervandsinfrastruktur for at vejlede deres beslutningstagning."

Forskerholdet indsatte MBARIs avancerede undervandsrobotter til at studere Sur Pockmark-feltet. Først kortlagde autonome undervandsfartøjer (AUV'er) – torpedoformede, selvstyrede robotter – regionen.

Tidligere kort over havbunden blev indsamlet af ekkolod monteret på skibe, men afstanden mellem havoverfladen og havbunden resulterede i data i lav opløsning. AUV'er kan rejse tættere på havbunden for at visualisere terrænet nedenfor i meget større detaljer. MBARI's havbundskortlægning AUV'er havde også teknologi til at profilere de nederste lag af sediment under havbunden.

Disse kort guidede derefter prøvetagning med MBARI's fjernbetjente køretøj (ROV) 'Doc Ricketts.' Betjent af forskerholdet i kontrolrummet ombord på et MBARI forskningsfartøj, indsamlede ROV Doc Ricketts sedimentprøver for at rekonstruere historien om individuelle pockmarks.

Disse pockmarks er placeret på den kontinentale margin, en dynamisk del af havbunden, der forbinder den relativt lavvandede kontinentalsokkel med det dybe hav. Sedimenttyngdekraftstrømme kan flytte enorme mængder materiale gennem denne region med mellemrum. Dataene og prøverne indsamlet af MBARI-teknologi hjalp forskerholdet med at samle historien om sedimentbevægelser over denne del af havbunden.

Holdet fandt flere lag af sandede aflejringer, kaldet turbiditter, i sedimentprøverne taget fra pockmarks og under-bundbillederne af pockmark-feltet. Disse aflejringer indikerede, at store sedimenttyngdekraftstrømme i regionen har fundet sted med mellemrum i mindst de sidste 280.000 år. Disse sediment-tyngdekraftsstrømme ser ud til at forårsage erosion i midten af ​​hver enkelt pockmark, hvilket bevarer disse unikke undervandsmorfologiske egenskaber over tid.

"Vi indsamlede en enorm mængde data, hvilket gjorde det muligt for os at lave en overraskende forbindelse mellem pockmarks og sedimenttyngdekraftstrømme. Vi var ikke i stand til at bestemme præcis, hvordan disse pockmarks oprindeligt blev dannet, men med MBARIs avancerede undervandsteknologi har vi fået ny indsigt i hvordan og hvorfor disse funktioner har bestået på havbunden i hundredtusinder af år," sagde Lundsten.

Havbundens lommemærker er blevet fundet andre steder i verden. På disse steder er pockmarks blevet forbundet med frigivelsen af ​​metangas eller andre væsker fra havbunden. Boblende metan kan potentielt forårsage, at havbunden bliver ustabil, hvilket kan udgøre en risiko for strukturer på havbunden, såsom ankrene til havvindmøller.

I oktober 2018 annoncerede US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) områder offshore i det centrale Californien til potentiel leasing af vindenergi. MBARI flyttede hurtigt til at udføre denne forskning for at besvare kritiske spørgsmål om havbundens stabilitet for at guide udviklingen af ​​offshore vindenergi i Californien.

"Udvidelse af vedvarende energi er afgørende for at opnå de dramatiske nedskæringer i kuldioxidemissioner, der er nødvendige for at forhindre yderligere irreversible klimaændringer. Der er dog stadig mange ubesvarede spørgsmål om de mulige miljøpåvirkninger af offshore vindenergiudvikling," siger MBARIs præsident og administrerende direktør Chris Scholin .

"Denne forskning er en af ​​mange måder, hvorpå MBARI-forskere besvarer grundlæggende spørgsmål om vores hav for at hjælpe med at informere beslutninger om, hvordan vi bruger marine ressourcer."

På grund af den omfattende indsats fra MBARI, USGS, BOEM og NOAA som en del af samarbejdskampagnen Expanding Pacific Research and Exploration of Submerged Systems (EXPRESS), er Sur Pockmark-feltet nu et af de bedst undersøgte områder af havbunden på vestkysten af ​​Nordamerika. Der er dog stadig mange spørgsmål at besvare om disse pockmarks, herunder hvordan disse funktioner oprindeligt blev dannet for hundredtusindvis af år siden.

Baggrund

Havbunden spiller en vigtig økologisk og samfundsmæssig rolle. Det giver et livsvigtigt levested for livet i havet og understøtter vores moderne infrastruktur. Vi har dog stadig meget at lære om havbundens processer. MBARI har et aktivt forskningsprogram, der bruger avancerede robotter til at studere og kortlægge havbunden offshore i det centrale Californien.

MBARI's Continental Margin Processes Team, ledet af seniorforsker Charlie Paull, undersøger, hvordan morfologien af ​​den kontinentale margin – hvor kontinentalsoklen går over til den afgrundshøjde sletten – skulptureres og ændres over tid.

Sur Pockmark-feltet ligger ud for Big Sur, Californien, langs den kontinentale margin i en dybde på 500 til 1.500 meter (ca. 1.600 til 5.200 fod). Nogle af disse pockmarks blev oprindeligt opdaget af MBARI-forskere i 1998 under en havbundsundersøgelse ved hjælp af skibsmonteret multibeam-ekkolod.

Yderligere skibsundersøgelser udført af MBARI-samarbejdspartnere ved USGS og NOAA i 2018 viste, at pockmarks strækker sig sydpå ind i regionen ud for Morro Bay. Disse undersøgelser har afsløret mere end 5.200 pockmarks spredt ud over 1.300 kvadratkilometer (500 square miles), hvilket gør dette område til det største kendte pockmark-felt i Nordamerika.

Havbunden ud for kysten af ​​denne fjerntliggende strækning af den centrale Californiens kystlinje har historisk set været en af ​​de mindst undersøgte regioner i den kontinentale margin ud for Nordamerikas vestkyst. I de sidste seks år har MBARI's Continental Margin Processes Team arbejdet på at forstå oprindelsen af ​​pockmark-formationerne, fastslå, om de er geologisk aktive, og afgøre, om de er områder af særlig biologisk betydning.

Tidligere forskning fra MBARI, BOEM og USGS undersøgte de biologiske samfund inden for Sur Pockmark-feltet. Denne nye forskning havde til formål at forstå de geologiske processer, der danner og vedligeholder pockmarks inden for feltet.

Forskerholdet brugte kortlægning af AUV'er udviklet af ingeniører i MBARI's Seafloor Mapping Lab til at visualisere en del af Sur Pockmark-feltet mere detaljeret.

Batymetriske undersøgelser af disse undervandsrobotter kortlagde 317 af de 5.251 pockmarks ved en-meter opløsning. Ved denne fine opløsning blev det tydeligt, at pockmarks har meget glatte, gradvist skrånende sider.

Pockmarks er i gennemsnit 156 meter (512 fod) på tværs, næsten cirkulære i form og ret jævnt fordelt fra hinanden. Derudover var AUV'erne udstyret med en kvidrende underbundsprofiler, der bruger lyd til at afsløre lag af sediment under havbundens overflade. Chirp-profiler fangede dele af undergrunden under ca. 200 pockmarks på stedet.

Disse undersøgelser fangede et udvalg af detaljerede havbundsdata, som ikke ville være synlige fra skibsbaseret kortlægning med multistråle-ekkolod. Disse data tillod målrettet sampling af pockmarks inden for feltet.

Continental Margin Processes Team gennemførte 30 dyk med to af MBARI's ROV'er for at få et nærmere kig på 21 pockmarks i feltet. Holdet optog 185 timers havbundsvideooptagelser inde i og ved siden af ​​pockmarks. MBARI's ROV Doc Ricketts indsamlede også 107 vibracores - en 1,5 meter (fem fod) kerne af sediment løsnet ind i et metalrør af højfrekvente vibrationer - og 433 pushcores - en mere lavvandet 24-centimeter (9,4-tommer) prøve af sediment - inden for og omkring fem pockmarks.

Et USGS-krydstogt på forskningsfartøjet M/V 'Bold Horizon' i 2019 indsamlede dybere stempel- og tyngdekraftkerner på op til 7,5 meter (25 fod) i længden. Stempelkernerne blev taget inde i pockmarks og på baggrundssteder ved siden af, men uden for pockmarks til sammenligning.

Det er vigtigt, at forskerholdet ikke fandt tegn på metangas i nogen af ​​de prøver eller data, de indsamlede. I stedet indikerede undergrundsprofilerne og sedimentprøverne, at pockmarks indeholder skiftende lag af fint og groft sediment.

De sandede aflejringer, eller turbiditter, var nøglen til at låse op for den overraskende historie om massive sedimenttyngdekraftsstrømme, der passerede over hele området. Fint sediment på havbunden blev aflejret langsomt over tid, hvorefter intermitterende store sedimenttyngdestrømme efterlod et karakteristisk lag af groft sand. Det ser ud til, at disse strømme eroderer pockmark-centrene og efterlader sandede aflejringer på tværs af flere pockmarks i regionen på samme tid.

Forskere er først for nylig begyndt at forstå mønstrene for erosion og aflejring af sedimenttyngdekraftstrømme i undersøiske kløfter og kanaler. Sur Pockmark-feltet er omkranset af to kanaler - Lucia Chica-kanalen mod nord og San Simeon-kanalen mod syd - men er ellers bredt og åbent terræn.

Præcis hvordan strømme og sedimenter bevæger sig over fordybningen af ​​Sur Pockmark-feltet er stadig ukendt. Forskerholdet har dog foreslået, at den unikke havbundsmorfologi i dette område kan skabe strømningsmønstre, der eroderer pockmark-centrene.

I denne region er sedimenttyngdekraftsstrømme episodiske og forekommer med titusinder af år fra hinanden. Den sidste var for cirka 14.000 år siden. Computermodellering vil være påkrævet for at bekræfte, om et ubegrænset flow, der passerer over pockmark-feltet, bærer tilstrækkelig energi til at erodere og vedligeholde pockmarks.

Flere oplysninger: Pockmarks Offshore Big Sur, Californien giver bevis for tilbagevendende, regionale og ubegrænsede sedimenttyngdestrømme, Journal of Geophysical Research Earth Surface (2024). DOI:10.1029/2023JF007374

Leveret af Monterey Bay Aquarium Research Institute