Machtige overstromingen hebben diepe kloven op aarde uitgehouwen. Nieuw onderzoek suggereert dat hiervoor mogelijk minder stroom nodig was dan eerder werd gedacht. Het verzamelen van dergelijke gegevens, echter, veeleisend kan zijn.

"We oefenden zoveel kracht uit dat het vlot bijna opvouwde als een schelp, ', zegt Willem van der Bilt.

Hij herinnert zich een rustige septemberdag in het noorden van IJsland in 2018. Op een meertje genaamd Ástjörn, hij en een collega stonden op een vlot bestaande uit een metalen platform bovenop een rubberboot. Een derde collega was naar de wal gestuurd, terwijl de twee onderzoekers van het Bjerknes Centre for Climate Research en het Department of Geoscience aan de Universiteit van Bergen worstelden om hun werk te voltooien.

Onder hen, een plastic buis was vijf meter in de sedimenten van het meer gedrukt, diep genoeg om door vijfduizend jaar afgezette klei en zand te snijden. Diep genoeg om vast te zitten.

Dit was het soort werk dat ze al zo vaak hadden gedaan. Sedimentmonsters van de bodem van de oceaan en van meren zijn een van de belangrijkste gegevensbronnen voor paleo-klimatologen. Laag voor laag, modder en rottende planten nestelen zich op de bodem, het oudste materiaal het verst naar beneden en het jongere materiaal bovenop - een archief opbouwen van alles wat het water al duizenden jaren heeft bewaard.

Deze keer, de omstandigheden waren ongebruikelijk. De buis zat vast in vulkanische as, en het metalen vlot kreunde en kreunde.

"We hebben met een krik op de sedimentkern gedrukt, terwijl we angstig naar de kustlijn kijken en ons afvragen:kunnen we snel genoeg zwemmen om die te bereiken, ", zegt Willem van der Bilt. "Het was best beangstigend."

Restanten van megaoverstromingen gevonden

Met een schok, de buis met de kern kwam naar buiten, en het vlot hield. Hun inspanning was niet tevergeefs. In de buis, ze vonden bewijs van drie grote overstromingen die het landschap ingrijpender hebben veranderd dan wat ze ooit hadden kunnen doen. De overstromingen waren groot, maar niet zo geweldig.

De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschriftCommunications Earth &Environmenttoday, door Willem van der Bilt en collega's van het Bjerknes Centre for Climate Research, de Universiteit van Bergen, Manchester Metropolitan-universiteit, Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee, Universiteit Utrecht en Liverpool John Moores University.

De onderzoekers concluderen dat diepe kloven en kloven mogelijk zijn gevormd door minder omvangrijke overstromingen dan eerder werd gedacht. Als een implicatie, stromend water kan ook meer schade aanrichten dan gedacht. Dit maakt de resultaten belangrijk tot ver buiten een dunbevolkte regio in het noorden van IJsland.

Het meer aan de rivier

Ástjörn maakte geen deel uit van hun oorspronkelijke reisplan. Willem van der Bilt noemt het een zijproject van een zijproject. De wetenschappers waren in het noorden van IJsland om veldwerk te doen voor een ander project. Ze hadden de klus geklaard toen ze over dit kleine meer op de kaart kwamen.

Toen het idee eenmaal geplant was, ze hadden geen reden om daar niet heen te gaan. Ze reden al rond met meterslange boormachines op het dak van hun auto.

Ástjörn ligt stroomafwaarts van een van de machtigste watervallen van Europa, Dettifoss, in de rivier Jökulsá á Fjöllum. De naam betekent gletsjerrivier uit de bergen. Door diepe ravijnen, deze rivier leidt smeltwater vanaf de noordkant van de op een na grootste gletsjer van Europa, Vatnajökull, naar de oceaan aan de noordkant van IJsland. Door de jaren heen, kolkend vloedwater heeft kloven uitgehouwen, op sommige plaatsen bijna honderd meter diep.

Maar Ástjörn maakt geen deel uit van de rivier, daarom trok het Willem van der Bilt aan. De meren die ze al hadden onderzocht, worden regelmatig gevoed met smeltwater van Vatnajökull. Ástjörn ligt op een plateau aan de zijkant van en boven Jökulsá á Fjöllum, gescheiden van de riviervlakte door een hoge kopwand.

"Het kwam bij me op dat als de rivier zou overstromen, overstromingssedimenten zouden zich in het meer verzamelen, "zegt hij. "Pas achteraf realiseerden we ons dat dit een belangrijke onderzoekssetting was over een bepaald onderwerp:megaoverstromingen in IJsland."

De barrière die de toegang tot Ástjörn blokkeert, ligt 30 meter boven de riviervlakte. Zelfs de meest energieke voorjaarsoverstromingen bereiken niet zo hoog. vulkanen, brekende ijsdammen en spoelend gletsjerwater zijn nodig. Een overstroming die eens in de duizend jaar plaatsvindt, vereist ajökulhlaup.

Overstromingen van het ijs

Als er 3500 jaar geleden mensen op IJsland waren geweest, ze hebben misschien witte rook gezien boven Vatnajökull. Waterdamp steeg op en condenseerde tot wolken van kleine druppeltjes. Uren, dagen of weken later, de rook was grijs geworden, en grote brokken as vestigden zich in een holte in het ijsoppervlak.

Gletsjers zijn niet onroerend, en voor Vatnajökull, noch de grond eronder. Er zijn actieve vulkanen, en tijdens uitbarstingen smelt het gletsjerijs erboven. Enorme meren bouwen zich op, afgedamd door de gletsjer. Het waterpeil stijgt, en als de ijsdammen uiteindelijk breken, het water stroomt door de rivieren naar beneden. Dergelijke overstromingen worden gletsjermeeruitbarstingen genoemd, of door hun IJslandse naam, jökulhlaup, alsof de gletsjer zelf de berg af kwam rennen.

De waterstroom kan enkele uren of dagen aanhouden. Dit gebeurde 3500 jaar geleden en verschillende keren ervoor en erna - al met al genoeg om de kloof uit te hakken die het landschap rondom Jökulsá á Fjöllum splitst.

Als de vloed echt groot is, water kan de barrière aan de noordkant van Ástjörn passeren.

zoals cement

Terug in het lab in Bergen, Willem van der Bilt opende de sedimentkern en splitste deze in twee helften. Drie verschillende, grijze lagen waren te zien tussen slib, zand en resten van planten.

"Het leek op cement, " zegt hij. "We konden meteen zien dat dit overstromingssedimenten waren."

De overstromingssedimenten zijn fijnstof, grond van het vulkanische gesteente onder Vatnajökull. Laboratoriumanalyses toonden aan dat ze tijdens overstromingen rond 1350 in Ástjörn belandden, 1500 en 3500 jaar geleden.

Paleo-wetenschappers gebruiken vaak koolstof om oud materiaal te dateren. In IJsland, koolstofdatering is ingewikkeld. De vulkanen spuwen CO ₂ in de lucht, en terwijl de omgeving koolstof opneemt uit dit gas, de tijdlijn is verstoord. Maar vulkaanuitbarstingen kunnen ook als tijdwaarnemer worden gebruikt.

In de sedimenten in Ástjörn bevonden zich minuscule glasdeeltjes die konden worden herleid tot specifieke, gedocumenteerde uitbarstingen in IJsland. Dat de rivier deze drie keer had overstroomd, was al bekend, maar de vulkanische deeltjes maakten het mogelijk om de tijd nauwkeuriger te bepalen.

Een IJslandse Mississippi

Omdat ze sedimenten van deze gigantische overstromingen hadden gevonden in het normaal afgesloten meer Ástjörn, ze konden de hoeveelheid water berekenen die de kloof in Jökulsá á Fjöllum had uitgehouwen. Het nummer dat ze bedachten, veel kleiner was dan eerder werd aangenomen.

Ook al was Ástjörn en omgeving nieuw terrein voor Willem van der Bilt, hij ontdekte al snel dat andere wetenschappers de overstromingen en de canyons van Jökulsá á Fjöllum al hadden onderzocht. Hydrologische simulaties van overstromingsniveaus in de rivier bestonden, en het was bekend wanneer verschillende delen van de diepe kloven waren gevormd. Tijdens de meest extreme overstromingen, de kloof is zo intens uitgegraven dat de locatie van de Dettifoss-waterval ver omhoog in de rivier is verschoven. Dergelijke veranderingen waren gedateerd.

Overstromingssimulaties beschikbaar gesteld, toonde aan dat water Ástjörn binnenstroomt wanneer de afvoer in de rivier 20000 kubieke meter per seconde bereikt, ongeveer evenveel als in de Mississippi of de Brahmaputra. Dergelijke overstromingen hadden de cementachtige sedimenten die de onderzoekers hadden gevonden, gedumpt - overstromingen die groot genoeg waren om water de drempel aan de noordkant van het meer te laten passeren.

Als de ontlading 130000 kubieke meter per seconde overschrijdt, water kan Ástjörn ook vanuit het zuiden binnenkomen. Een krachtige waterval zou dan de meeste sedimenten die er al waren wegspoelen. In de vijfduizend jaar aan gegevens die door deze sedimentkern worden gedekt, zijn geen tekenen van een dergelijke gebeurtenis waargenomen.

Dus, Willem van der Bilt en zijn collega's konden concluderen dat de drie overstromingen, in hun meest gewelddadige seconden, had tussen de 20000 en 130000 kubieke meter water door de kloven van Jökulsá á Fjöllum gebracht.

Dat is minder dan een derde van de eerdere schattingen van de stroming die nodig is om die kloven te creëren. Blijkbaar, het water schuurt efficiënter dan aangenomen.

Water wordt een slijpmachine

Wanneer de meren onder Vatnajökull door de ijsdam breken, niet alleen water, maar ook massa's zand en klei stromen langs de rivierbedding.

"De rivier werkt als schuurpapier, ' legt Willem van der Bilt uit.

Door het stuifzand kan vloedwater meer gesteente wegslijpen dan zuiver water had kunnen doen.

Wat voor soort mineraal dat het water ontmoet, maakt ook uit. In Jökulsá á Fjöllum is lava gestold om basaltkolommen te vormen. Wanneer enorme hoeveelheden water rond en boven deze kolommen stromen, Ze breken, vallen om en worden door de stroming meegesleurd. Op deze manier, canyons en kloven worden sneller uitgehouwen dan wanneer het gesteente korrel voor korrel zou worden geërodeerd.

De bevindingen van Willem van der Bilt bevestigen wat computersimulaties de afgelopen jaren hebben laten zien. Er is minder water nodig dan gedacht om betekenisvolle sporen in het landschap te maken. Dit is ook waargenomen bij seizoensgebonden overstromingen. Deze studie is de eerste die aantoont dat dit ook het geval is voor megaoverstromingen die slechts één keer per millennium voorkomen.

Als een andere planeet

"Zonder de planten, IJsland zou bijna op Mars lijken, ', zegt Willem van der Bilt.

Ástjörn is omgeven door weiland, berk en wilg, maar onder het groene dek, het landschap lijkt op dat van onze buurplaneet. De canyons op Mars zijn tekenen van een verleden met megaoverstromingen, gebeurtenissen die we moeten vergelijken met rivieren op aarde om de omvang ervan te kennen.

"Ik zou graag naar Mars gaan voor veldwerk, maar dat zie ik niet zo snel gebeuren "Willem van der Bilt lacht.

IJsland is in een paar uur te bereiken. Er zijn maar weinig plaatsen in de wereld waar geologen dichter bij de krachten van de natuur kunnen komen. Overstromingen van de omvang beschreven in de nieuwe studie, komen immers zo vaak voor als één in de duizend jaar. Er gaan niet veel decennia voorbij tussen de kleinere overstromingen van Vatnajökull, en in 1996 vond er een vrij grote overstroming plaats. Maar ook al kwam het water in 1725 dichtbij, overstromingen hebben Ástjörn in historische tijden nooit bereikt.

De megaoverstromingen van Willem van der Bilt zijn markeringen in een sedimentkern en getallen uit een computermodel. Droge resten van water dat ooit stroomde. Een echte megaflood zien vanuit een helikopter zou iets anders zijn. Dus, als het weer voorkomt?

"Ik zou gaan, "zegt hij. "Vanuit de veiligheid van een vliegtuig, en wetende dat de mensen op de grond buiten gevaar zijn, Ik zou graag een stukje van de actie willen zien. Ik zou helemaal gaan."