Interesujące jest to, że nie były to wielkie powodzie ani dramatyczne zmiany biegu rzeki – w większości przypadków było to po prostu regularne pełzanie wydm po dnie rzeki. W rzeczywistości tylko kilka miesięcy.

Ta zwyczajność osadów rzecznych, czyli warstw fluwialnych, wprawiała geologów w zakłopotanie przez większą część stulecia. Biorąc pod uwagę, jak niewiele z historii rzeki się zachowało, badacze uważają za dziwne, że przeważają zapisy zwyczajności, a nie dowody najbardziej ekstremalnych wydarzeń. Nowe badania opublikowane w czasopiśmie Geophysical Research Letters, ujawniają procesy, które mogą ostatecznie wyjaśnić tę zagadkę.

Badania prowadzone przez Vamsi Ganti, docenta geomorfologii na UC Santa Barbara, dotykają jednej z najdłużej trwających debat w dziedzinie geologii: katastrofizm kontra uniformitaryzm. To znaczy, czy na zapis geologiczny większy wpływ mają duże, rzadkie wydarzenia, czy też małe, ale częste zdarzenia.

Jeśli chodzi o osady rzeczne, katastrofizm ma dość intuicyjny argument. „Jeśli prawdopodobieństwo, że jakieś wydarzenie jest zachowane jest niskie, to to, co jest zachowane powinno być w jakiś sposób wyjątkowe” – wyjaśnia Ganti. Jednak naukowcy stwierdzają, że to po prostu nie jest prawdą, nawet jeśli zachowało się mniej niż 0,0001% upływającego czasu.

„To jest powód, dla którego nazywamy to dziwną zwyczajnością warstw fluwialnych”, powiedział Ganti, „ponieważ dziwne jest to, że zachowane wydarzenia są tak zwyczajne, mimo że zachowanie czasu jest tak nadzwyczajne.”

Morfologia rzeki ma tendencję do samoorganizacji w hierarchię poziomów, co zdaniem Gantiego i jego kolegów było kluczem do zrozumienia tej dziwnej zwyczajności. Ripple i wydmy poruszają się po dnie rzeki w ciągu minut i godzin. Ruch ławic piasku trwa miesiące i lata, a rzeki meandrują i przeskakują swoje brzegi przez lata i stulecia. Na najbardziej skrajnym końcu, zmiany poziomu morza mogą przyspieszyć erozję lub promować sedymentację w ciągu tysiącleci.

Na szczęście naukowcy rozumieją, jak każde z tych zjawisk pojawiają się w zapisie stratygraficznym na podstawie współczesnych obserwacji. Okazuje się, że cechy te różnią się wielkością od falowania o wysokości cala do erozji wywołanej poziomem morza, która może szorować setki metrów osadów.

Ganti i jego koledzy zbudowali model probabilistyczny, aby przetestować swoją hipotezę. Odkryli, że jeśli wszystkie procesy rzeczne zachodzą w tych samych skalach, tylko najbardziej ekstremalne wydarzenia zostają zachowane. Jednak gdy tylko wprowadzili hierarchię, osady pochodzące ze zwykłych procesów zaczęły wypełniać erozję spowodowaną przez zjawiska o jeden poziom wyższe.

Tajemnica została rozwiązana. „Tak długo jak masz hierarchiczną organizację w dynamice rzeki, twoje warstwy będą zwyczajne”, powiedział Ganti.

Naukowcy wiedzieli o tych różnych hierarchicznych poziomach w morfologii rzeki od dłuższego czasu, ale nikt nie powiązał ich bezpośrednio z zwyczajnością warstw rzecznych aż do teraz, wyjaśnił Ganti. Przed tymi wynikami sedymentolodzy byli trochę jak pierwsi biolodzy, którzy znali taksonomię – gatunki, rodzaje, rodziny, itd. — bez zrozumienia teorii ewolucji, która wyjaśnia dynamikę łączącą je.

Zdarzenia na jednym poziomie mogą budować osady — w tym przypadku są zachowane — lub mogą erodować osady, które następnie zostaną wypełnione przez zwykłe zdarzenia o jeden poziom niżej. Tak więc, podczas gdy niektóre ekstremalne wydarzenia są zachowane, powszechne zjawiska dominują w zapisie stratygraficznym.

Ganti zdał sobie również sprawę, że względne ramy czasowe, w których poziomy ewoluują, określają to, co jest zachowane. Na przykład, weź względne stawki migracji rzeki versus awulsji, lub jak często rzeka przeskakuje swoje brzegi. „Jeśli migracja jest szybka, a awulsja rzadka, to ciągle przerabiamy swoje osady” – wyjaśnia Ganti. Takie systemy mają tendencję do zachowywania tylko najbardziej ekstremalnych wzniesień koryta. „Jednak kiedy dochodzi do awulsji, nie można już przerobić tego złoża, ponieważ przeskoczyło ono w nowe miejsce.”

Dzięki temu naukowcy mogą teraz wykorzystać warstwy do porównania, jak szybko każdy poziom ewoluował, kiedy rzeka była rzeczywiście aktywna. W rzeczywistości, wyniki te potwierdzają wnioski z poprzednich badań Gantiego, w których wykazał on, że prekambryjskie rzeki mogły być podobne do jednokanałowych, meandrujących rzek, które znamy dzisiaj.

Naukowcy długo w to wątpili, ponieważ nie było żadnych dowodów zachowanych w zapisie stratygraficznym. Wielu twierdziło, że takie rzeki potrzebowałyby roślin, aby zabezpieczyć swoje brzegi, a rośliny lądowe musiały jeszcze wyewoluować. Jednak zamiast braku migracji, w rzeczywistości jest prawdopodobne, że rzeki te meandrowały tak często, że ich warstwy ulegały wymazaniu. Rzeczywiście, inni naukowcy odkryli, że rzeki w niezagospodarowanych krajobrazach migrują 10 razy szybciej niż te z roślinnością.

Znaleziska Gantiego mają również konsekwencje dla współczesnego świata, gdzie zmiany klimatyczne i podnoszenie się poziomu morza zmieniają zachowanie głównych systemów rzecznych. Aby zrozumieć naszą przyszłość, wielu naukowców patrzy na osady z rzek podczas paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego, kiedy średnie temperatury gwałtownie skoczyły o 5 do 8 stopni Celsjusza, co jest porównywalne do współczesnych zmian klimatycznych. Dowody sugerują, że rzeki były bardziej mobilne wtedy, a teraz mamy narzędzia, aby określić dlaczego.

„Wiemy, że dostawy osadów do rzek zmienia się z powodu zmian spowodowanych przez człowieka. Ale nie wiemy, na jaką trajektorię wysyłamy rzeki w dłuższej perspektywie,” powiedział Ganti.

„Czy zamierzamy po prostu zwiększyć wskaźniki migracji? Czy zamierzamy sprawić, że awulsje będą częstsze? Ta różnica ma znaczenie, ponieważ determinuje historię powodzi i to, gdzie się rozwijasz w nadchodzących dekadach i wiekach.”