Gedurende miljoenen jaren, Hawaiiaanse vulkanen hebben een keten van vulkanische eilanden gevormd die zich uitstrekt over de noordelijke Stille Oceaan, waar oceaangolven uit alle richtingen, opgehitst door verre stormen of meegevoerd door passaatwinden, hebben de kustlijnen van de eilanden in verschillende mate gehavend en gevormd.

Nu hebben onderzoekers van MIT en elders ontdekt dat, op Hawaii, de hoeveelheid energie die door golven wordt geleverd, gemiddeld over elk jaar, is een goede voorspeller van hoe snel of langzaam een ​​rotsachtige kustlijn zal eroderen. Als de golven groot en frequent zijn, de kustlijn zal sneller eroderen, overwegende dat kleinere, minder frequente golven resulteren in een langzamer eroderende kust.

Hun studie helpt de meanderende kustlijnen van de Hawaiiaanse eilanden te verklaren, waar op het noorden gerichte zeekliffen, het ervaren van grotere golven geproduceerd door verre stormen en aanhoudende passaatwinden, verder landinwaarts zijn uitgehold. In tegenstelling tot, kusten op het zuiden genieten doorgaans van rustiger water, kleinere golven, en dus minder geërodeerde kusten.

De resultaten, deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Geologie , kan wetenschappers ook helpen voorspellen hoe snel andere rotskusten over de hele wereld kunnen eroderen, gebaseerd op de kracht van de golven die een kust typisch ervaart.

"Meer dan de helft van 's werelds oceanische kustlijnen zijn rotsachtige zeekliffen, dus erosie van de zeekliffen treft veel kustbewoners en infrastructuur, " zegt Kim Huppert, doctoraat, hoofdauteur van de studie en een voormalig afgestudeerde student in MIT's Department of Earth, Atmosferische en planetaire wetenschappen. "Als de storm toeneemt met klimaatverandering, en golven worden groter, we moeten specifiek begrijpen hoe golven erosie beïnvloeden."

Huppert, die nu senior onderzoeker is bij het Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen, is co-auteur van het artikel met Taylor Perron, hoogleraar aarde, atmosferisch, en planetaire wetenschappen en associate afdelingshoofd bij MIT, en Andrew Ashton van de Woods Hole Oceanographic Institution.

Zinken en snijden

Wetenschappers hebben enig idee dat de snelheid van kusterosie afhangt van de kracht van de golven die op die kust werken. Maar tot nu toe, er is geen systematische studie geweest om deze relatie te bevestigen, vooral omdat er zoveel andere factoren kunnen zijn die bijdragen aan kusterosie die in de weg kunnen staan.

Het team ontdekte dat de Hawaiiaanse eilanden een ideale omgeving bieden om deze relatie te bestuderen:de eilanden zijn allemaal gemaakt van hetzelfde type gesteente, wat betekent dat ze geen rekening hoeven te houden met meerdere soorten gesteente en sediment en hun verschillen in erosie; en de eilanden bewonen een groot oceaanbekken dat een breed scala aan golfklimaten produceert, " of golven van verschillende groottes en frequenties.

"Als je langs de kustlijn van verschillende eilanden gaat, je ziet heel verschillende golfklimaten, gewoon door een hoek van het eiland om te draaien, ' merkt Huppert op. 'En het rocktype is hetzelfde. Hawaii is dus een mooi natuurlijk laboratorium."

De onderzoekers richtten hun onderzoek op 11 kustlocaties rond de eilanden van Hawaï, Maui, en Kaho'olawe, elk tegenover verschillende regio's van de Stille Oceaan die golven van verschillende groottes en frequenties produceren.

Alvorens de golfkracht op deze verschillende locaties te beschouwen, ze werkten eerst om de gemiddelde snelheid te schatten waarmee de zeekliffen op elke kustlocatie in de afgelopen miljoen jaar zijn geërodeerd. Het team probeerde de erosiesnelheden te identificeren die vandaag de kustprofielen van de Hawaiiaanse eilanden produceerden, gezien de originele profielen van de eilanden, die kan worden geschat op basis van de topografie van elk eiland. Om dit te doen, ze moesten eerst rekening houden met veranderingen in de verticale beweging van elk eiland en met de verandering van het zeeniveau in de loop van de tijd.

Nadat zich een vulkanisch eiland heeft gevormd, het begint onvermijdelijk af te nemen, of zinken onder zijn eigen gewicht. Als een eiland zinkt, het niveau waarop de zee in wisselwerking staat met het eiland verandert, net alsof je jezelf in een zwembad zou laten zakken:het wateroppervlak kan beginnen bij je enkels, en geleidelijk aan op je knieën gaan liggen, je taille, en uiteindelijk je schouders en kin.

Voor een eiland, hoe langzamer het zinkt, hoe meer tijd de zee heeft om de kustlijn op een bepaalde hoogte uit te spitten. In tegenstelling tot, als een eiland snel zinkt, de zee heeft maar vluchtig de tijd om in de kust te snijden voordat het eiland verder zakt, het blootleggen van een nieuwe kustlijn voor de zee om weg te slijten. Als resultaat, de snelheid waarmee een eiland zinkt, is van grote invloed op hoe ver de kust zich op een bepaalde hoogte landinwaarts heeft teruggetrokken, over miljoenen jaren.

Om de snelheid van het zinken van het eiland te berekenen, het team gebruikte een model om te schatten hoeveel de lithosfeer, de buitenste laag van de aarde waarop vulkanische eilanden liggen, zakte in onder het gewicht van elke Hawaiiaanse vulkaan die in de afgelopen miljoen jaar is gevormd. Omdat de Hawaiiaanse eilanden dicht bij elkaar liggen, het zinken van een eiland kan ook het zinken of stijgen van naburige eilanden beïnvloeden, vergelijkbaar met de manier waarop een kind kan opspringen terwijl een ander kind in een trampoline wegzakt.

Het team gebruikte het model om verschillende mogelijke geschiedenissen van het zinken van eilanden in de afgelopen miljoen jaar te simuleren, en de daaropvolgende erosie van zeekliffen en kustlijnen. Ze zochten naar het scenario dat de oorspronkelijke kustlijnen van de eilanden het beste verbond met de moderne kustlijnen van vandaag, en koppelden de verschillende resulterende erosiesnelheden aan de 11 locaties waarop ze zich in hun studie concentreerden.

"We hebben op de verschillende locaties erosiesnelheden gevonden die variëren van 17 millimeter per jaar tot 118 millimeter per jaar, Huppert zegt. "De bovenkant van dat bereik is bijna een halve voet per jaar, dus sommige van die tarieven zijn vrij snel voor rock."

Golven van een formaat

Ze kozen de 11 kustlocaties in de studie vanwege hun variabiliteit:sommige zeekliffen liggen op het noorden, waar ze worden geteisterd door sterkere golven die worden geproduceerd door verre stormen. Andere kusten op het noorden ervaren passaatwinden die uit het noordoosten komen en golven produceren die kleiner zijn maar frequenter. De kustlocaties die naar het zuiden gericht zijn, ervaren kleiner, daarentegen minder frequente golven.

Het team vergeleek de erosiesnelheden op elke locatie met de typische golfkracht die op elke locatie werd ervaren, die ze berekenden uit golfhoogte- en frequentiemetingen afgeleid van boeigegevens. Vervolgens vergeleken ze de golfkracht van de 11 locaties met hun erosiepercentages op lange termijn.

Wat ze vonden was een vrij eenvoudige, lineaire relatie tussen golfvermogen en de snelheid van kusterosie. Hoe sterker de golven die een kust ervaart, hoe sneller die kust erodeert. specifiek, ze ontdekten dat golven van een omvang die om de paar dagen voorkomen een betere indicatie kunnen zijn van hoe snel een kust erodeert dan grotere maar minder frequente stormgolven. Dat is, als golven op normaal, niet-stormachtige dagen zijn groot, een kust erodeert waarschijnlijk snel; als de typische golven kleiner zijn, een kust trekt zich langzamer terug.

De onderzoekers zeggen dat het uitvoeren van deze studie in Hawaï hen in staat stelde om deze eenvoudige relatie te bevestigen, zonder natuurlijke factoren te verstoren. Als resultaat, wetenschappers kunnen deze relatie gebruiken om te voorspellen hoe rotskusten in andere delen van de wereld kunnen veranderen, met variaties in zeeniveau en golfactiviteit als gevolg van klimaatverandering.

"De zeespiegel stijgt langs veel van de kusten van de wereld, en veranderingen in wind en storm met aanhoudende klimaatverandering kunnen golfregimes veranderen, te, Perron merkt op. "Als je de invloed van het golfklimaat op de snelheid van kusterosie kunt isoleren, kom je een stap dichter bij het gaan naar een bepaalde plaats en het berekenen van de verandering in de erosiesnelheid daar."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.