De Torridon-zandsteen in het noordwesten van Schotland bewaart zes kilometer riviersediment uit het Precambrium. Maar wat voor soort geologische gebeurtenissen konden hun sporen achterlaten voor onderzoekers om 1 miljard jaar later te vinden?

Intrigerend, het waren geen grote overstromingen of dramatische koersveranderingen - meestal alleen het regelmatige kruipen van zandduinen over de rivierbodem. In feite, slechts een paar maanden waard.

Deze alledaagsheid van rivierafzettingen, of rivierlagen, heeft geologen het grootste deel van een eeuw verbijsterd. Gezien hoe weinig van de geschiedenis van een rivier wordt bewaard, onderzoekers vinden het vreemd dat records van het alledaagse overheersen, in plaats van bewijs van de meest extreme gebeurtenissen. Nieuw onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven , onthult de processen die dit raadsel uiteindelijk kunnen verklaren.

De studie onder leiding van Vamsi Ganti, een assistent-professor geomorfologie aan UC Santa Barbara, raakt aan een van de langstlopende debatten op het gebied van geologie:catastrofisme versus uniformitarisme. Dat is, of het geologische record meer wordt beïnvloed door grote, zeldzame gebeurtenissen of door kleine maar veel voorkomende gebeurtenissen.

Als het gaat om rivierafzettingen, catastrofisme heeft een vrij intuïtief argument. "Als de kans dat een gebeurtenis behouden blijft klein is, dan moet wat bewaard blijft op de een of andere manier speciaal zijn, " legde Ganti uit. Echter, wetenschappers ontdekken dat dit gewoon niet waar is, ook al blijft minder dan 0,0001% van de verstreken tijd behouden.

"Dat is de reden dat we dit de vreemde alledaagsheid van rivierlagen noemen, " zei Ganti, "Omdat het vreemd is dat bewaard gebleven gebeurtenissen zo gewoon zijn, ook al is het bewaren van de tijd zo buitengewoon."

Riviermorfologie heeft de neiging zichzelf te organiseren in een hiërarchie van niveaus, waarvan Ganti en zijn collega's geloofden dat dit de sleutel was om deze vreemde alledaagsheid te begrijpen. Rimpelingen en duinen bewegen over rivierbodems in de orde van minuten en uren. De beweging van zandbanken gebeurt over maanden en jaren, terwijl rivieren door de jaren en eeuwen heen meanderen en buiten hun oevers treden. Aan het meest extreme einde, veranderingen in de zeespiegel kunnen in de loop van millennia erosie versnellen of sedimentatie bevorderen.

Gelukkig, wetenschappers begrijpen hoe elk van deze verschijnselen in het stratigrafische record verschijnen op basis van moderne waarnemingen. Het blijkt dat deze kenmerken in grootte variëren van centimeters hoge rimpels tot door de zeespiegel veroorzaakte erosie die honderden meters sediment kan afschuren.

Ganti en zijn collega's bouwden een probabilistisch model om hun hypothese te testen. Ze ontdekten dat als alle rivierprocessen op dezelfde schaal plaatsvinden, alleen de meest extreme gebeurtenissen blijven behouden. Echter, zodra ze een hiërarchie introduceerden, sediment van gewone processen begon de erosie veroorzaakt door fenomenen een niveau hoger op te vullen.

Het mysterie was opgelost. "Zolang je een hiërarchische organisatie hebt in rivierdynamiek, je lagen zullen gewoon zijn, ' zei Ganti.

Wetenschappers weten al geruime tijd over deze verschillende hiërarchische niveaus in riviermorfologie, maar niemand had ze tot nu toe rechtstreeks in verband gebracht met de alledaagsheid van rivierlagen, Ganti uitgelegd. Voordat deze resultaten sedimentologen waren een beetje zoals vroege biologen die wisten van taxonomie - soorten, geslachten, gezinnen, enz. - zonder de evolutietheorie te begrijpen die de dynamiek verklaart die hen verbindt.

Gebeurtenissen op één niveau kunnen sediment opbouwen - in welk geval ze behouden blijven - of ze kunnen sediment wegeroderen, die dan worden ingevuld door gewone evenementen een niveau lager. Dus, terwijl sommige extreme gebeurtenissen bewaard blijven, gemeenschappelijke verschijnselen domineren het stratigrafische record.

Ganti realiseerde zich ook dat de relatieve tijdsperioden waarin de niveaus evolueren, bepalen wat wordt bewaard. Bijvoorbeeld, neem de relatieve snelheden van riviermigratie versus avulsie, of hoe vaak de rivier buiten haar oevers treedt. "Als je migratie snel gaat en je avulsie niet vaak voorkomt, dan blijf je je deposito's herwerken, Ganti legde uit. Deze systemen hebben de neiging om alleen de meest extreme kanaalverhogingen te behouden. als je een avulsie hebt, je kunt die aanbetaling niet meer herwerken omdat je naar een nieuwe locatie bent gesprongen."

Met dit begrip, wetenschappers kunnen nu lagen gebruiken om te vergelijken hoe snel elk niveau evolueerde toen een rivier daadwerkelijk actief was. In feite, de resultaten versterken de conclusies van Ganti's eerdere onderzoek, waar hij had aangetoond dat Precambrische rivieren vergelijkbaar kunnen zijn met de enkelkanaals, meanderende rivieren die we tegenwoordig kennen.

Wetenschappers hadden hier lang aan getwijfeld omdat er geen bewijs was bewaard in het stratigrafische record. Velen voerden aan dat dergelijke rivieren planten nodig zouden hebben gehad om hun oevers veilig te stellen, en landplanten moesten nog evolueren. Maar in plaats van geen migratie te hebben, in werkelijkheid is het waarschijnlijk dat deze rivieren zo vaak meanderden dat hun aardlagen steeds werden uitgewist. Inderdaad, andere wetenschappers hebben ontdekt dat rivieren in niet-begroeide landschappen 10 keer sneller migreren dan die 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, veel wetenschappers kijken naar afzettingen van rivieren tijdens het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum, toen de gemiddelde temperatuur abrupt met 5 tot 8 graden Celsius steeg, vergelijkbaar met de moderne klimaatverandering. Er zijn aanwijzingen dat rivieren toen mobieler waren, en nu hebben we de tools om te bepalen waarom.

"We weten dat de aanvoer van sediment naar rivieren verandert vanwege door de mens veroorzaakte veranderingen. Maar wat we niet weten, is op welk traject we rivieren op de lange termijn sturen, ' zei Ganti.

"Gaan we de migratiecijfers gewoon verhogen? Gaan we vaker avulsies maken? Dit verschil is van belang, omdat het de overstromingsgeschiedenis bepaalt en waar je je de komende decennia en eeuwen ontwikkelt."