Als een kusttij opkomt, het kan prachtige rimpelingen in het tijdelijk blootliggende zand onthullen. Deze zelfde golvende patronen zijn ook te zien in oude, versteende zeebodems die in verschillende delen van de wereld zijn blootgelegd en miljoenen of zelfs miljarden jaren bewaard zijn gebleven.

Geologen kijken naar oude zandrimpelingen voor aanwijzingen voor de omgevingsomstandigheden waarin ze zijn gevormd. Bijvoorbeeld, de afstand tussen de rimpelingen is evenredig met de diepte van het water en de grootte van de golven die de onderliggende rimpelingen vormden.

Maar zandrimpelingen zijn niet altijd perfect evenwijdig, kopieën van elkaar, en kan verschillende knikken en zweren vertonen. Kunnen deze subtieler, schijnbaar willekeurige afwijkingen of defecten ons iets vertellen over de omstandigheden waaronder een zandbodem is ontstaan?

Het antwoord, volgens onderzoekers van MIT en elders, is ja. In een artikel dat online is gepubliceerd en dat verschijnt in het nummer van 1 oktober van Geologie , het team meldt dat enkele veelvoorkomende defecten in zowel oude als moderne zeebodems verband houden met bepaalde golfomstandigheden. Vooral, hun bevindingen suggereren dat rimpeldefecten die op zandlopers lijken, zigzag, en stemvorken werden waarschijnlijk gevormd in perioden van omgevingsschommelingen, bijvoorbeeld tijdens sterke stormen, of significante veranderingen in getijdenstromingen.

"Het type defect dat je in rimpelingen ziet, zou je kunnen vertellen hoe dramatisch de verschuivingen in weersomstandigheden op dat moment waren, " zegt Taylor Perron, universitair hoofddocent geologie en hoofd van het MIT's Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "We kunnen deze defecten als vingerafdrukken gebruiken om niet alleen te vertellen wat de gemiddelde omstandigheden in het verleden waren, maar hoe de dingen veranderden."

Rimpeldefecten in oude zandbedden kunnen ook van invloed zijn op hoe vloeistoffen door sedimentair gesteente stromen, inclusief ondergrondse reservoirs die water vasthouden, olie en gas, of zelfs opgeslagen kooldioxide, volgens Perron.

In aanvulling, hij zegt, rimpelpatronen in modern zand werken om de zeebodem op te ruwen, zeestromingen nabij de kust vertragen. Weten hoe rimpelingen veranderen als reactie op verschuivende golven en getijden kan daarom helpen bij het voorspellen van kusterosie en overstromingen.

Perron's co-auteurs op het papier zijn voormalig MIT-afgestudeerde student Kimberly Huppert '11, doctoraat '17, voormalig student en huidige postdoc Abigail Koss '12, Paul Myrow van Colorado College, en voormalig student Andrew Wickert '08 van de Universiteit van Minnesota.

Rimpels behouden

Het team begon enkele jaren geleden de betekenis van rimpeldefecten te onderzoeken, wanneer Myrow, die op dat moment zijn sabbatical aan het MIT doorbracht, liet Perron enkele foto's zien die hij had gemaakt van sedimentair gesteente dat was geëtst met rimpelingen en groeven. De rotsen waren in feite, oude zandbedden die honderden miljoenen jaren oud waren.

Door golven gevormde rimpelingen vormen zich wanneer golven over het oppervlak van een vloeistoflichaam reizen. Deze golven zorgen ervoor dat water onder het oppervlak rond en rond cirkelt, het genereren van oscillerende stromen die zandkorrels oppakken en neerleggen in een proces dat uiteindelijk troggen en groeven door het zandbed uitsnijdt.

Maar hoe konden zulke delicate patronen miljoenen jaren worden bewaard? Perron zegt dat verschillende processen in wezen rimpelingen kunnen veroorzaken. Bijvoorbeeld, als het waterpeil plotseling daalt, het kan de rimpelingen van een zandbed blootstellen aan de lucht, ze uitdrogen en tot op zekere hoogte verharden, zodat ze hun patronen behielden, zelfs toen meer sediment zich gedurende miljarden jaren langzaam bovenop hen gelaagde.

evenzo, als een fijner sediment zoals modder of slib een zandbed bedekt, zoals na een grote storm, deze sedimenten zouden de bestaande rimpelingen kunnen bedekken. Zoals Perron uitlegt, dit zou in wezen "bepantseren, voorkomen dat de golven de rimpelingen eroderen voordat meer sediment ze begraaft." de sedimenten veranderen in steen als ze diep onder het aardoppervlak worden begraven. Later, de rots die de rimpelingen bedekt, kan op natuurlijke wijze wegeroderen, waardoor de bewaarde rimpelingen aan de oppervlakte weer zichtbaar worden.

Bij het bekijken van foto's van zandrimpelingen, Perron en Myrow merkten kleine defecten op die op stemvorken leken, zigzag, en zandlopers, over zowel oude als moderne zandbedden.

"Mensen hebben deze gebreken eerder opgemerkt, maar we vroegen ons af, zijn ze gewoon willekeurig, of bevatten ze eigenlijk informatie?", zegt Perron.

Peddelen door de golven

De onderzoekers gingen op zoek naar de verschillende golfcondities die bepaalde rimpelpatronen en defecten genereren. Om dit te doen, ze bouwden een acrylgolftank van 60 centimeter breed, 50 centimeter diep, en 7 meter lang. Aan het ene uiteinde van de tank, ze bevestigden een door een motor aangedreven peddel, die heen en weer zwiepte om golven te genereren die over de tank reisden.

Aan de andere kant van de tank, ze bouwden een kunstmatig hellend "strand" bedekt met een polymeergaas. Deze opstelling diende om eventuele golfreflecties te minimaliseren:toen een golf op het kunstmatige strand neerstortte, de energie verdween in het gaas in plaats van terug te spatten en de tegemoetkomende golven te beïnvloeden.

Het team vulde de tank met een 5 centimeter dik bed van fijn zand en genoeg water om 40 centimeter diep te worden. Voor elk experiment, ze zetten de peddel op een constante afstand heen en weer, en registreerde het zandbed als rimpelingen gevormd. Op een bepaald moment, ze merkten op dat de rimpelingen - en in het bijzonder, de afstand tussen de rimpelingen - bereikt een stabiele, consistent patroon. Ze registreerden deze afstand, samen met de snelheid en amplitude van de peddel, en dan, meer dan 32 experimentele runs, ofwel verhoogde of verlaagde de beweging van de peddel, waardoor de rimpelingen weer veranderen in een grotere of kleinere afstand.

interessant, dat vonden ze, in het proces van aanpassing aan een nieuwe afstand, rimpelingen vormden tussenliggende defecten die op zigzag leken, zandlopers, en stemvorken, afhankelijk van de golfcondities die zijn ingesteld door de peddel van de tank.

Toen de onderzoekers de heen-en-weer beweging van de peddel verkortten, hierdoor ontstonden kortere golven, smallere rimpelingen, en patronen die op zandlopers leken. Als de beweging van de peddel nog verder werd ingekort, waardoor sneller, kortere golven - een patroon van "secundaire toppen, " waarin bestaande rimpelingen aan weerszijden tijdelijke "schaduw" rimpelingen leken te vormen, overgenomen. Toen de onderzoekers de beweging van de peddel verbreedden, het genereren van langere golven, de rimpelingen vormden zigzagpatronen terwijl ze naar een grotere afstand verschoven.

"Als je dit soort gebreken in de natuur ziet, we beweren dat de zeebodem een ​​soort verandering in weersomstandigheden onderging, getijden, of iets anders dat de waterdiepte of golven beïnvloedde, waarschijnlijk in de loop van uren of dagen, " zegt Perron. "Bijvoorbeeld, als je veel secundaire toppen ziet, je kunt zien dat er een behoorlijk grote verandering in de golven was in tegenstelling tot een kleinere verandering, die je in plaats daarvan zandlopers zou kunnen geven."

De onderzoekers merkten op dat in alle scenario's, patronen die op stemvorken leken opgedoken, zelfs nadat rimpelingen een nieuwe, stabiele afstand.

"Deze stemvorken hebben de neiging om lang te blijven hangen, " Zegt Perron. "Als je deze in moderne of oude rots ziet, ze suggereren dat een zeebodem een ​​verandering heeft ondergaan, maar toen bleven de omstandigheden stabiel, en het bed had een lange tijd om te verstellen."

Vooruit gaan, Perron zegt dat geologen de resultaten van het team kunnen gebruiken als blauwdruk om bepaalde rimpeldefecten in verband te brengen met de watercondities waardoor ze mogelijk zijn ontstaan. zowel in de moderne omgeving als in het verre verleden.

"We denken dat deze kleine defecten je veel meer kunnen vertellen over een oude omgeving dan alleen wat de gemiddelde grootte van de golven en de waterdiepte was, "zegt Perron. "Ze zouden je kunnen vertellen of het een omgeving was met getijden die groot genoeg waren om rimpelingen zo sterk te veranderen, of als een plaats periodieke stormen doormaakte, zelfs miljarden jaren geleden. En als we oude golfrimpelingen op Mars vinden, we zullen weten hoe we ze moeten lezen."