Hämmentävää kyllä, kyse ei ollut suurista tulvista tai dramaattisista virtauksen muutoksista – useimmiten vain hiekkadyynien säännöllisestä ryömimisestä joen pohjan poikki. Itse asiassa vain muutaman kuukauden ajan.

Tämä jokikerrostumien eli fluviaalisten kerrostumien tavanomaisuus on hämmentänyt geologeja jo lähes vuosisadan ajan. Kun otetaan huomioon, miten vähän jokien historiasta säilyy, tutkijoiden mielestä on outoa, että arkipäiväisten tapahtumien muistiinpanot ovat hallitsevampia kuin todisteet äärimmäisistä tapahtumista. Geophysical Research Letters -lehdessä julkaistu uusi tutkimus paljastaa prosessit, jotka saattavat viimein selittää tämän arvoituksen.

Vamsi Gantin, UC Santa Barbaran geomorfologian apulaisprofessorin johtama tutkimus koskettaa yhtä geologian alan pisimpään jatkuneista väittelyistä: katastrofismia ja uniformitarismia. Toisin sanoen siitä, vaikuttavatko geologiseen aineistoon yleensä enemmän suuret, harvinaiset tapahtumat vai pienet, mutta yleiset tapahtumat.

Jokikerrostumien kohdalla katastrofismi on melko intuitiivinen argumentti. ”Jos todennäköisyys, että jokin tapahtuma säilyy, on pieni, niin sen, mikä säilyy, pitäisi olla jotenkin erityistä”, Ganti selittää. Tutkijoiden mukaan tämä ei kuitenkaan yksinkertaisesti pidä paikkaansa, vaikka alle 0,0001 prosenttia kuluneesta ajasta on säilynyt.

”Tästä syystä kutsumme tätä jokikerrostumien oudoksi tavallisuudeksi”, Ganti sanoi, ”koska on outoa, että säilyneet tapahtumat ovat niin tavallisia, vaikka ajallinen säilyminen on niin poikkeuksellista”.”

Jokien morfologialla on taipumus itseorganisoitua tasohierarkiaksi, jonka Ganti ja hänen kollegansa uskoivat olevan avain tämän oudon tavallisuuden ymmärtämiseen. Aallot ja dyynit liikkuvat jokien pohjissa minuuttien ja tuntien luokkaa. Hiekkapalkkien liikkuminen tapahtuu kuukausien ja vuosien aikana, kun taas joet mutkittelevat ja hyppivät rantojaan vuosien ja vuosisatojen aikana. Äärimmäisimmässä ääripäässä merenpinnan muutokset voivat kiihdyttää eroosiota tai edistää sedimentaatiota vuosituhansien kuluessa.

Onneksi tutkijat ymmärtävät nykyaikaisten havaintojen perusteella, miten kukin näistä ilmiöistä näkyy stratigrafisessa aineistossa. On käynyt ilmi, että nämä piirteet vaihtelevat kooltaan tuuman korkuisista aaltoiluista merenpinnan aiheuttamaan eroosioon, joka voi huuhtoa satoja metrejä sedimenttiä.

Ganti kollegoineen rakensi todennäköisyysmallin testatakseen hypoteesinsa. He havaitsivat, että jos kaikki jokiprosessit tapahtuvat samassa mittakaavassa, vain äärimmäisimmät tapahtumat säilyvät. Kuitenkin heti kun he ottivat käyttöön hierarkian, tavallisista prosesseista peräisin oleva sedimentti alkoi täyttää yhtä tasoa korkeampien ilmiöiden aiheuttamaa eroosiota.

Mysteeri oli ratkaistu. ”Niin kauan kuin jokidynamiikassa on hierarkkinen organisaatio, kerrostumat ovat tavallisia”, Ganti sanoi.

Tutkijat ovat tienneet näistä erilaisista hierarkiatasoista jokien morfologiassa jo jonkin aikaa, mutta kukaan ei ollut yhdistänyt niitä suoraan jokikerrostumien tavallisuuteen ennen kuin nyt, Ganti selitti. Ennen näitä tuloksia sedimentologit olivat vähän kuin varhaiset biologit, jotka tunsivat taksonomian – lajit, suvut, perheet jne. — ymmärtämättä evoluutioteoriaa, joka selittää niitä yhdistävän dynamiikan.

Tapahtumat yhdessä kerroksessa voivat kerryttää sedimenttiä — jolloin ne säilyvät — tai ne voivat rapauttaa pois sedimenttiä, joka sitten täyttyy tavallisilla tapahtumilla yhtä kerrosta alempana. Niinpä vaikka jotkut äärimmäiset tapahtumat säilyvät, tavalliset ilmiöt hallitsevat stratigrafista tallennetta.

Ganti tajusi myös, että suhteelliset ajanjaksot, joiden aikana tasot kehittyvät, määräävät sen, mikä säilyy. Otetaan esimerkiksi joen vaelluksen suhteellinen nopeus verrattuna avulsioon eli siihen, kuinka usein joki hyppää yli rantojensa. ”Jos vaellus on nopeaa ja avulsio harvinaista, kerrostumia muokataan jatkuvasti uudelleen”, Ganti selitti. Tällaiset järjestelmät säilyttävät yleensä vain äärimmäiset kanavan korkeudet. ”Kun kuitenkin tapahtuu avulsio, kerrostumaa ei voi enää muokata, koska se on hypännyt uuteen paikkaan.”

Tämän ymmärryksen myötä tutkijat voivat nyt käyttää kerrostumia vertaillakseen, kuinka nopeasti kukin kerrostuma kehittyi, kun joki oli todella aktiivinen. Itse asiassa tulokset vahvistavat Gantin edellisen tutkimuksen johtopäätöksiä, jossa hän oli osoittanut, että prekambriset joet ovat voineet olla samankaltaisia kuin nykyisin tuntemamme yksikanavaiset, kiemurtelevat joet.

Tutkijat olivat pitkään epäilleet tätä, koska kerrostumissa ei ollut säilynyt todisteita. Monet väittivät, että tällaiset joet olisivat tarvinneet kasveja rantojensa turvaamiseen, ja maakasvit eivät olleet vielä kehittyneet. Todellisuudessa on kuitenkin todennäköisempää, että nämä joet mutkittelivat niin usein, että niiden kerrostumat pyyhkiytyivät jatkuvasti pois. Muut tutkijat ovatkin havainneet, että kasvittomissa maisemissa joet vaeltavat 10 kertaa nopeammin kuin kasvillisuutta kasvavissa maisemissa.

Gantin havainnoilla on vaikutuksia myös nykymaailmaan, jossa ilmastonmuutos ja merenpinnan nousu muuttavat suurten jokijärjestelmien käyttäytymistä. Ymmärtääkseen tulevaisuuttamme monet tutkijat tarkastelevat paleoseeni-eoseenin lämpömaksimin aikana syntyneitä jokien kerrostumia, jolloin keskilämpötila nousi äkillisesti 5-8 celsiusastetta, mikä on verrattavissa nykypäivän ilmastonmuutokseen. Todisteet viittaavat siihen, että joet olivat tuolloin liikkuvampia, ja nyt meillä on välineet selvittää, miksi.

”Tiedämme, että jokien sedimentin saanti muuttuu ihmisen aiheuttamien muutosten vuoksi. Mutta se, mitä emme tiedä, on se, mille uralle lähetämme joet pitkällä aikavälillä”, Ganti sanoi.

”Aiommeko vain lisätä vaellusnopeutta?”, Ganti sanoi. Aiommeko tehdä avulsioista yleisempiä? Tällä erolla on merkitystä, koska se määrittää tulvahistorian ja sen, mihin kehitymme tulevina vuosikymmeninä ja vuosisatoina.”