Intrigante, non si trattava di grandi inondazioni o drammatici cambiamenti di corso – per lo più solo il regolare strisciare di dune di sabbia sul fondo del fiume. In effetti, solo pochi mesi di valore.

Questa ordinarietà dei depositi fluviali, o strati fluviali, ha lasciato perplessi i geologi per la maggior parte di un secolo. Dato quanto poco della storia di un fiume viene conservato, i ricercatori trovano strano che le registrazioni dei luoghi comuni predominino, piuttosto che le prove degli eventi più estremi. Una nuova ricerca pubblicata sulla rivista Geophysical Research Letters, rivela i processi che possono finalmente spiegare questo enigma.

Lo studio guidato da Vamsi Ganti, un assistente professore di geomorfologia presso la UC Santa Barbara, tocca uno dei dibattiti più lunghi nel campo della geologia: catastrofismo contro uniformitarismo. Cioè, se il record geologico tende ad essere influenzato più da eventi grandi e poco frequenti o da eventi piccoli ma comuni.

Quando si tratta di depositi fluviali, il catastrofismo ha un argomento abbastanza intuitivo. “Se la probabilità che un qualsiasi evento sia conservato è bassa, allora ciò che è conservato dovrebbe essere in qualche modo speciale”, ha spiegato Ganti. Tuttavia, gli scienziati trovano che questo semplicemente non è vero, anche se meno dello 0,0001% del tempo trascorso è conservato.

“Questa è la ragione per cui chiamiamo questa la strana ordinarietà degli strati fluviali”, ha detto Ganti, “perché è strano che gli eventi conservati siano così ordinari anche se la conservazione del tempo è così straordinaria.”

La morfologia fluviale tende ad auto-organizzarsi in una gerarchia di livelli, che Ganti e i suoi colleghi credevano fosse la chiave per comprendere questa strana ordinarietà. Le ondulazioni e le dune si muovono sul fondo dei fiumi nell’ordine di minuti e ore. Il movimento delle barre di sabbia avviene in mesi e anni, mentre i fiumi serpeggiano e saltano i loro argini in anni e secoli. All’estremità più estrema, i cambiamenti del livello del mare possono accelerare l’erosione o promuovere la sedimentazione nel corso di millenni.

Fortunatamente, gli scienziati capiscono come ciascuno di questi fenomeni appaia nel record stratigrafico basato su osservazioni moderne. Si scopre che queste caratteristiche variano in dimensioni da increspature alte pochi centimetri all’erosione indotta dal livello del mare che può raschiare centinaia di metri di sedimenti.

Ganti e i suoi colleghi hanno costruito un modello probabilistico per verificare la loro ipotesi. Hanno scoperto che se tutti i processi fluviali avvengono alle stesse scale, solo gli eventi più estremi si conservano. Tuttavia, non appena hanno introdotto una gerarchia, i sedimenti dei processi ordinari hanno iniziato a riempire l’erosione causata da fenomeni di un livello superiore.

Il mistero era risolto. “Finché hai un’organizzazione gerarchica nella dinamica fluviale, i tuoi strati saranno ordinari”, ha detto Ganti.

Gli scienziati sanno da tempo di questi diversi livelli gerarchici nella morfologia fluviale, ma nessuno li aveva collegati direttamente all’ordinarietà degli strati fluviali fino ad ora, ha spiegato Ganti. Prima di questi risultati, i sedimentologi erano un po’ come i primi biologi che conoscevano la tassonomia – specie, generi, famiglie, ecc.

Gli eventi in un livello possono costruire sedimenti – nel qual caso sono conservati – o possono erodere sedimenti, che saranno poi riempiti da eventi ordinari un livello più basso. Così, mentre alcuni eventi estremi sono conservati, i fenomeni comuni dominano il record stratigrafico.

Ganti ha anche capito che i tempi relativi in cui i livelli si evolvono determinano ciò che viene conservato. Per esempio, prendiamo i tassi relativi di migrazione del fiume rispetto all’avulsione, o quanto spesso il fiume salta i suoi argini. “Se la migrazione è veloce e l’avulsione poco frequente, allora si continua a rielaborare i depositi”, ha spiegato Ganti. Questi sistemi tendono a conservare solo le elevazioni più estreme del canale. “Tuttavia, quando hai un’avulsione, non puoi più rielaborare quel deposito perché sei saltato in una nuova posizione.”

Con questa comprensione, gli scienziati possono ora utilizzare gli strati per confrontare quanto velocemente ogni livello si stava evolvendo quando un fiume era effettivamente attivo. Infatti, i risultati rafforzano le conclusioni del precedente studio di Ganti, dove aveva dimostrato che i fiumi del Precambriano avrebbero potuto essere simili ai fiumi a canale singolo e serpeggianti che conosciamo oggi.

Gli scienziati avevano a lungo dubitato di questo, poiché non vi erano prove conservate nel record stratigrafico. Molti sostenevano che tali fiumi avrebbero avuto bisogno di piante per assicurare le loro sponde, e le piante terrestri non si erano ancora evolute. Ma piuttosto che non avere una migrazione, in verità è probabile che questi fiumi navigassero così spesso che i loro strati continuavano ad essere cancellati. Infatti, altri scienziati hanno scoperto che i fiumi in paesaggi non vegetati migrano 10 volte più velocemente di quelli con vegetazione.

Le scoperte di Ganti hanno anche ramificazioni per il mondo moderno, dove il cambiamento climatico e l’aumento del livello del mare stanno alterando il comportamento dei principali sistemi fluviali. Per capire il nostro futuro, molti scienziati guardano ai depositi dei fiumi durante il massimo termico del Paleocene-Eocene, quando le temperature medie saltarono bruscamente da 5 a 8 gradi Celsius, paragonabili al cambiamento climatico moderno. Le prove suggeriscono che i fiumi erano più mobili allora, e ora abbiamo gli strumenti per determinare il perché.

“Sappiamo che la fornitura di sedimenti ai fiumi sta cambiando a causa dei cambiamenti indotti dall’uomo. Ma quello che non sappiamo è su quale traiettoria stiamo mandando i fiumi a lungo termine”, ha detto Ganti.

“Stiamo solo aumentando i tassi di migrazione? Renderemo le avulsioni più frequenti? Questa differenza è importante, perché determina la storia delle inondazioni e dove si svilupperà nei decenni e nei secoli a venire”

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