Intressant nog var det inte stora översvämningar eller dramatiska förändringar av flodernas lopp – oftast var det bara sanddynor som regelbundet kröp fram över flodbottnen. I själva verket bara några månader.
Den här vanliga karaktären hos flodavlagringar, eller fluviala lager, har förbryllat geologer i nästan ett sekel. Med tanke på hur lite av en flods historia som bevaras tycker forskarna att det är märkligt att det är vanligt förekommande uppgifter som dominerar, snarare än bevis för de mest extrema händelserna. Ny forskning som publiceras i tidskriften Geophysical Research Letters avslöjar de processer som äntligen kan förklara denna gåta.
Studien, som leds av Vamsi Ganti, biträdande professor i geomorfologi vid UC Santa Barbara, berör en av de äldsta debatterna inom geologin: katastrofism kontra uniformitarianism. Det vill säga om den geologiska dokumentationen tenderar att påverkas mer av stora, sällsynta händelser eller av små men vanliga händelser.
När det gäller flodavlagringar har katastrofismen ett ganska intuitivt argument. ”Om sannolikheten för att en händelse bevaras är låg, bör det som bevaras vara speciellt på något sätt”, förklarade Ganti. Forskarna finner dock att detta helt enkelt inte stämmer, även om mindre än 0,0001 % av den förflutna tiden bevaras.
”Det är anledningen till att vi kallar detta för den märkliga ordinära karaktären hos flodlagren”, sade Ganti, ”eftersom det är märkligt att de bevarade händelserna är så ordinära trots att tidsbevaringen är så extraordinär.”
Flodmorfologi tenderar att självorganisera sig i en hierarki av nivåer, vilket Ganti och hans kollegor trodde var nyckeln till att förstå denna märkliga ordinäritet. Rippel och dyner rör sig över flodbottnarna i storleksordningen minuter och timmar. Sandbankarnas rörelse sker under månader och år, medan floder slingrar sig och hoppar över sina stränder under år och århundraden. I den mest extrema änden kan havsnivåförändringar påskynda erosion eller främja sedimentering under årtusenden.
Tyvärr förstår forskarna hur vart och ett av dessa fenomen framträder i den stratigrafiska dokumentationen baserat på moderna observationer. Det visar sig att dessa funktioner varierar i storlek från centimeterhöga krusningar till havsnivåinducerad erosion som kan skrubba hundratals meter sediment.
Ganti och hans kollegor byggde en probabilistisk modell för att testa sin hypotes. De fann att om alla flodprocesser sker i samma skala är det bara de mest extrema händelserna som bevaras. Så snart de införde en hierarki började dock sediment från vanliga processer fylla ut den erosion som orsakats av fenomen en nivå högre.
Mysteriet var löst. ”Så länge du har en hierarkisk organisation i floddynamiken kommer dina strata att vara vanliga”, sade Ganti.
Vetenskapsmännen har känt till dessa olika hierarkiska nivåer i flodmorfologin under en längre tid, men ingen hade förrän nu direkt kopplat dem till det vanliga i flodlagren, förklarade Ganti. Före dessa resultat var sedimentologer lite som tidiga biologer som kände till taxonomi – arter, släkten, familjer osv. — utan att förstå evolutionsteorin som förklarar den dynamik som förbinder dem.
Händelser på en nivå kan bygga upp sediment – i så fall bevaras de – eller så kan de erodera bort sediment, som sedan fylls ut av vanliga händelser en nivå lägre. Så även om vissa extrema händelser bevaras, dominerar vanliga fenomen den stratigrafiska uppteckningen.
Ganti insåg också att de relativa tidsramar under vilka nivåerna utvecklas avgör vad som bevaras. Ta till exempel de relativa hastigheterna för flodvandring kontra avulsion, eller hur ofta floden hoppar över sina bankar. ”Om vandringen är snabb och om avulsionen är sällsynt, så fortsätter du att omarbeta dina avlagringar”, förklarade Ganti. Dessa system tenderar att endast bevara de mest extrema kanalhöjderna. ”Men när du har en avulsion kan du inte arbeta om den avlagringen längre eftersom du har hoppat till en ny plats.”
Med denna förståelse kan forskarna nu använda strata för att jämföra hur snabbt varje nivå utvecklades när en flod faktiskt var aktiv. I själva verket stärker resultaten slutsatserna från Ganti’s tidigare studie, där han hade visat att prekambriska floder kan ha liknat de enkanaliga, slingrande floder som vi känner till i dag.
Vetenskapsmännen tvivlade länge på detta eftersom det inte fanns några bevis bevarade i det stratigrafiska materialet. Många hävdade att sådana floder skulle ha behövt växter för att säkra sina stränder, och landväxter hade ännu inte utvecklats. Men snarare än att de inte hade någon migration är det i själva verket troligt att dessa floder slingrade sig så ofta att deras strata hela tiden raderades. Andra forskare har faktiskt funnit att floder i vegetationslösa landskap vandrar tio gånger snabbare än floder med vegetation.
Gantis upptäckter har också förgreningar för den moderna världen, där klimatförändringar och havsnivåhöjningar förändrar beteendet hos stora flodsystem. För att förstå vår framtid tittar många forskare på avlagringar från floder under det paleocena och eocena termiska maximum, då medeltemperaturen plötsligt steg med 5 till 8 grader Celsius, vilket kan jämföras med dagens klimatförändringar. Bevisen tyder på att floderna var mer rörliga då, och nu har vi verktygen för att avgöra varför.
”Vi vet att sedimenttillförseln till floderna förändras på grund av förändringar som orsakas av människan. Men vad vi inte vet är vilken bana vi skickar floderna på på lång sikt”, säger Ganti.
”Kommer vi bara att öka vandringshastigheten? Kommer vi att göra avulsioner mer frekventa? Denna skillnad har betydelse, eftersom den bestämmer översvämningshistoriken och var man utvecklas under de kommande årtiondena och århundradena.”