Interessanterweise waren es keine großen Überschwemmungen oder dramatische Veränderungen des Flusslaufs – meist nur das regelmäßige Kriechen von Sanddünen über den Flussgrund. Tatsächlich waren es nur ein paar Monate.

Diese Alltäglichkeit von Flussablagerungen oder fluvialen Schichten hat die Geologen fast ein ganzes Jahrhundert lang verblüfft. In Anbetracht der Tatsache, wie wenig von der Geschichte eines Flusses erhalten bleibt, finden es die Forscher seltsam, dass die Aufzeichnungen des Alltäglichen überwiegen und nicht die Beweise der extremsten Ereignisse. Neue Forschungsergebnisse, die in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurden, enthüllen die Prozesse, die dieses Rätsel erklären könnten.

Die von Vamsi Ganti, einem Assistenzprofessor für Geomorphologie an der UC Santa Barbara, geleitete Studie berührt eine der am längsten andauernden Debatten auf dem Gebiet der Geologie: Katastrophismus versus Uniformitarismus. Dabei geht es um die Frage, ob die geologischen Aufzeichnungen eher von großen, seltenen Ereignissen oder von kleinen, aber häufigen Vorkommnissen beeinflusst werden.

Wenn es um Flussablagerungen geht, hat der Katastrophismus ein ziemlich intuitives Argument. „Wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ereignis erhalten bleibt, gering ist, dann sollte das, was erhalten bleibt, etwas Besonderes sein“, erklärt Ganti. Die Wissenschaftler stellen jedoch fest, dass dies einfach nicht stimmt, auch wenn weniger als 0,0001 % der verstrichenen Zeit erhalten bleiben.

„Das ist der Grund, warum wir dies die seltsame Gewöhnlichkeit von Flussschichten nennen“, so Ganti, „denn es ist seltsam, dass die erhaltenen Ereignisse so gewöhnlich sind, obwohl die Zeitkonservierung so außergewöhnlich ist.“

Die Morphologie der Flüsse neigt dazu, sich selbst in einer Hierarchie von Ebenen zu organisieren, was nach Ansicht von Ganti und seinen Kollegen der Schlüssel zum Verständnis dieser seltsamen Gewöhnlichkeit ist. Wellen und Dünen bewegen sich in der Größenordnung von Minuten und Stunden über die Flussböden. Die Bewegung von Sandbänken vollzieht sich über Monate und Jahre, während Flüsse über Jahre und Jahrhunderte mäandern und über ihre Ufer treten. Im äußersten Fall können Veränderungen des Meeresspiegels die Erosion beschleunigen oder die Sedimentation im Laufe von Jahrtausenden fördern.

Glücklicherweise verstehen die Wissenschaftler aufgrund moderner Beobachtungen, wie jedes dieser Phänomene in den stratigraphischen Aufzeichnungen erscheint. Es stellt sich heraus, dass diese Phänomene unterschiedlich groß sind, von zentimeterhohen Wellen bis hin zu meeresspiegelbedingter Erosion, die Hunderte von Metern an Sediment ausspülen kann.

Ganti und seine Kollegen erstellten ein probabilistisches Modell, um ihre Hypothese zu testen. Sie fanden heraus, dass nur die extremsten Ereignisse erhalten bleiben, wenn alle Flussprozesse in gleichem Maße ablaufen. Sobald sie jedoch eine Hierarchie einführten, begannen Sedimente aus gewöhnlichen Prozessen die Erosion zu ersetzen, die durch Phänomene eine Ebene höher verursacht wurde.

Das Rätsel war gelöst. „Solange es eine hierarchische Organisation in der Flussdynamik gibt, werden die Schichten gewöhnlich sein“, sagte Ganti.

Wissenschaftler kennen diese verschiedenen hierarchischen Ebenen in der Flussmorphologie schon seit geraumer Zeit, aber niemand hatte sie bis jetzt direkt mit der Gewöhnlichkeit der Flussschichten in Verbindung gebracht, erklärte Ganti. Vor diesen Ergebnissen waren die Sedimentologen ein wenig wie die frühen Biologen, die über Taxonomie – Arten, Gattungen, Familien usw. – Bescheid wussten.

Ereignisse auf einer Ebene können Sediment aufbauen – in diesem Fall bleiben sie erhalten – oder sie können Sediment abtragen, das dann durch gewöhnliche Ereignisse eine Ebene tiefer aufgefüllt wird. Während also einige extreme Ereignisse erhalten bleiben, dominieren gewöhnliche Phänomene die stratigraphischen Aufzeichnungen.

Ganti erkannte auch, dass die relativen Zeiträume, in denen sich die Ebenen entwickeln, bestimmen, was erhalten bleibt. Nehmen wir zum Beispiel die relativen Raten der Flusswanderung im Vergleich zur Auswaschung, oder wie oft der Fluss über die Ufer tritt. „Wenn der Fluss schnell wandert und nur selten über die Ufer tritt, werden die Ablagerungen ständig überarbeitet“, erklärt Ganti. Diese Systeme neigen dazu, nur die extremsten Erhebungen des Gerinnes zu erhalten. „

Mit diesem Wissen können die Wissenschaftler nun anhand von Schichten vergleichen, wie schnell sich die einzelnen Ebenen entwickelten, als ein Fluss tatsächlich aktiv war. Die Ergebnisse untermauern die Schlussfolgerungen von Gantis früherer Studie, in der er nachgewiesen hatte, dass die präkambrischen Flüsse den heutigen mäandrierenden Flüssen mit nur einem Kanal ähnlich gewesen sein könnten.

Wissenschaftler hatten dies lange Zeit bezweifelt, da es keine Beweise in den stratigraphischen Aufzeichnungen gab. Viele argumentierten, dass solche Flüsse Pflanzen gebraucht hätten, um ihre Ufer zu sichern, und Landpflanzen hatten sich noch nicht entwickelt. In Wahrheit ist es aber wahrscheinlich, dass diese Flüsse so oft gewandert sind, dass ihre Schichten immer wieder ausgelöscht wurden. Andere Wissenschaftler haben nämlich herausgefunden, dass Flüsse in unbegrünten Landschaften zehnmal schneller wandern als solche mit Vegetation.

Gantis Erkenntnisse haben auch Auswirkungen auf die moderne Welt, in der der Klimawandel und der Anstieg des Meeresspiegels das Verhalten der großen Flusssysteme verändern. Um unsere Zukunft zu verstehen, untersuchen viele Wissenschaftler die Ablagerungen von Flüssen während des Paläozän-Eozän-Thermalmaximums, als die Durchschnittstemperaturen abrupt um 5 bis 8 Grad Celsius anstiegen, vergleichbar mit dem heutigen Klimawandel. Es gibt Hinweise darauf, dass die Flüsse damals mobiler waren, und jetzt haben wir die Mittel, um herauszufinden, warum.

„Wir wissen, dass sich die Sedimentzufuhr zu den Flüssen aufgrund der vom Menschen verursachten Veränderungen verändert. Was wir aber nicht wissen, ist, auf welchen Weg wir die Flüsse langfristig schicken“, so Ganti.

„Werden wir nur die Migrationsraten erhöhen? Werden wir die Abwanderungen häufiger machen? Dieser Unterschied ist wichtig, denn er bestimmt die Überschwemmungsgeschichte und die Entwicklung in den kommenden Jahrzehnten und Jahrhunderten.“