Intrigerend is dat het geen grote overstromingen of dramatische veranderingen in de loop van de rivier waren – meestal slechts het regelmatige gekrioel van zandduinen over de rivierbodem. In feite slechts een paar maanden.

Dit gewone karakter van rivierafzettingen, of fluviatiele lagen, heeft geologen voor het grootste deel van een eeuw verbaasd. Gezien het feit dat er maar weinig van de geschiedenis van een rivier bewaard blijft, vinden onderzoekers het vreemd dat het alledaagse de overhand heeft en niet het bewijs van de meest extreme gebeurtenissen. Nieuw onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Geophysical Research Letters, onthult de processen die dit raadsel uiteindelijk kunnen verklaren.

De studie onder leiding van Vamsi Ganti, een assistent-professor in de geomorfologie aan de UC Santa Barbara, raakt aan een van de langstlopende debatten op het gebied van de geologie: catastrofisme versus uniformitarisme. Dat wil zeggen, of het geologisch archief de neiging heeft meer beïnvloed te worden door grote, onregelmatige gebeurtenissen of door kleine, maar veel voorkomende voorvallen.

Wanneer het gaat om rivierafzettingen, heeft het catastrofisme een vrij intuïtief argument. “Als de waarschijnlijkheid dat een gebeurtenis bewaard blijft laag is, dan moet datgene wat bewaard blijft op de een of andere manier bijzonder zijn,” legde Ganti uit. Wetenschappers vinden echter dat dit gewoon niet waar is, ook al is minder dan 0,0001% van de verstreken tijd bewaard gebleven.

“Dat is de reden dat we dit de vreemde gewoonheid van fluviatiele strata noemen,” zei Ganti, “omdat het vreemd is dat de bewaarde gebeurtenissen zo gewoon zijn, ook al is de tijdbehoud zo buitengewoon.”

Riviermorfologie heeft de neiging zichzelf te organiseren in een hiërarchie van niveaus, die volgens Ganti en zijn collega’s de sleutel was tot het begrijpen van deze vreemde gewoonheid. Rimpelingen en duinen bewegen over de rivierbodem in de orde van minuten en uren. De beweging van zandbanken gebeurt in maanden en jaren, terwijl rivieren kronkelen en over hun oevers springen in jaren en eeuwen. In het meest extreme geval kunnen veranderingen van het zeeniveau erosie versnellen of sedimentatie bevorderen in de loop van millennia.

Gelukkig genoeg begrijpen wetenschappers hoe elk van deze verschijnselen in de stratigrafische gegevens verschijnen op basis van moderne waarnemingen. Het blijkt dat deze verschijnselen variëren in grootte van centimeterhoge rimpelingen tot erosie die door het zeeniveau wordt veroorzaakt en honderden meters sediment kan wegspoelen.

Ganti en zijn collega’s bouwden een probabilistisch model om hun hypothese te testen. Zij ontdekten dat als alle rivierprocessen op dezelfde schaal plaatsvinden, alleen de meest extreme gebeurtenissen bewaard blijven. Zodra ze echter een hiërarchie introduceerden, begon sediment van gewone processen de erosie op te vullen die veroorzaakt was door verschijnselen één niveau hoger.

Het mysterie was opgelost. “Zolang je een hiërarchische organisatie hebt in rivierdynamica, zullen je strata gewoon zijn,” zei Ganti.

Wetenschappers wisten al geruime tijd van deze verschillende hiërarchische niveaus in riviermorfologie, maar niemand had ze tot nu toe direct gekoppeld aan de gewoonheid van rivierlagen, legde Ganti uit. Vóór deze resultaten waren sedimentologen een beetje zoals vroege biologen die iets afwisten van taxonomie — soorten, geslachten, families, enz. — zonder de evolutietheorie te begrijpen die de dynamiek verklaart die hen verbindt.

Gebeurtenissen op één niveau kunnen sediment opbouwen – in welk geval zij bewaard blijven – of zij kunnen sediment wegslijten, dat dan zal worden opgevuld door gewone gebeurtenissen een niveau lager. Dus, terwijl sommige extreme gebeurtenissen bewaard blijven, domineren gewone verschijnselen het stratigrafisch verslag.

Ganti realiseerde zich ook dat de relatieve tijdsbestekken waarover de niveaus zich ontwikkelen bepalen wat bewaard blijft. Neem bijvoorbeeld de relatieve snelheid van riviermigratie versus avulsie, of hoe vaak de rivier buiten zijn oevers treedt. “Als de rivier snel migreert en niet vaak buiten haar oevers treedt, dan blijf je haar afzettingen bewerken,” legde Ganti uit. Deze systemen hebben de neiging om alleen de meest extreme kanaalhoogtes te behouden. “Maar als je een avulsie hebt, kun je die afzetting niet meer bewerken omdat je naar een nieuwe locatie bent gesprongen.”

Met dit inzicht kunnen wetenschappers nu strata gebruiken om te vergelijken hoe snel elk niveau evolueerde toen een rivier echt actief was. In feite versterken de resultaten de conclusies van Ganti’s vorige studie, waarin hij aantoonde dat rivieren uit het Precambrium vergelijkbaar kunnen zijn geweest met de meanderende rivieren met één kanaal die we vandaag de dag kennen.

Wetenschappers hebben hier lang aan getwijfeld, omdat er geen bewijs bewaard is gebleven in de stratigrafische gegevens. Velen voerden aan dat dergelijke rivieren planten nodig zouden hebben gehad om hun oevers veilig te stellen, en landplanten moesten zich nog ontwikkelen. Maar in plaats van geen migratie te hebben, is het in werkelijkheid waarschijnlijk dat deze rivieren zo vaak kronkelden dat hun strata steeds werden uitgewist. Andere wetenschappers hebben zelfs ontdekt dat rivieren in onbegroeide landschappen tien keer sneller migreren dan rivieren met vegetatie.

Ganti’s bevindingen hebben ook gevolgen voor de moderne wereld, waar klimaatverandering en zeespiegelstijging het gedrag van grote riviersystemen veranderen. Om onze toekomst te begrijpen, kijken veel wetenschappers naar afzettingen van rivieren tijdens het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum, toen de gemiddelde temperatuur abrupt met 5 tot 8 graden Celsius omhoogschoot, vergelijkbaar met de huidige klimaatverandering. Er zijn aanwijzingen dat rivieren toen beweeglijker waren, en nu hebben we de instrumenten om te bepalen waarom.

“We weten dat de toevoer van sedimenten naar rivieren verandert als gevolg van door de mens veroorzaakte veranderingen. Maar wat we niet weten is op welke weg we de rivieren op de lange termijn sturen,” zei Ganti.

“Gaan we alleen maar de migratiesnelheden verhogen? Gaan we de avulsies frequenter maken? Dit verschil is belangrijk, want het bepaalt de overstromingsgeschiedenis en waar je je in de komende decennia en eeuwen ontwikkelt.”