Wetenschap
Uit onderzoek blijkt dat prehistorische pokdalige plekken op de zeebodem voor de kust van Californië in stand worden gehouden door krachtige sedimentstromen
Een team van onderzoekers van MBARI, de United States Geological Survey (USGS) en Stanford University publiceerden hun bevindingen in het Journal of Geophysical Research:Earth Surface . Dit werk levert belangrijke informatie op als leidraad voor de besluitvorming over verantwoord gebruik en beheer van de zeebodem voor de kust van Californië, inclusief locatiebeoordelingen voor de ontwikkeling van offshore windparken.
Het Sur Pockmark Field – een gebied ongeveer zo groot als de stad Los Angeles, gelegen voor de kust van Big Sur, Californië – bevat meer dan 5.200 cirkelvormige depressies. Deze formaties zijn ongeveer 200 meter breed, ongeveer de afstand van twee voetbalvelden, en vijf meter diep.
Eerder onderzoek in andere delen van de wereld heeft gesuggereerd dat vergelijkbare grote zeebodemdepressies werden gevormd en in stand gehouden door methaangas dat door de sedimenten naar boven borrelde. Omdat er windmolenparken gepland staan voor de bouw voor de kust van Centraal-Californië, waren beheerders van hulpbronnen bezorgd over de gevolgen van de aanwezigheid van methaangas voor de stabiliteit van de zeebodem in deze regio.
De gegevens verzameld door MBARI-onderzoekers en hun medewerkers vonden geen bewijs van methaan op deze locatie. In plaats daarvan heeft het onderzoeksteam voorgesteld dat de zwaartekrachtstromen van sediment – vergelijkbaar met een lawine van modder, zand en water die zich langs de zeebodem beweegt – die honderdduizenden jaren met tussenpozen in deze regio hebben plaatsgevonden, deze zeebodemformaties in stand houden.
"Er zijn veel onbeantwoorde vragen over de zeebodem en haar processen", zegt MBARI Senior Research Technician Eve Lundsten, die dit werk leidde. "Dit onderzoek levert belangrijke gegevens over de zeebodem op voor hulpbronnenbeheerders en anderen die potentiële offshore-locaties voor onderwaterinfrastructuur overwegen om hun besluitvorming te begeleiden."
Het onderzoeksteam zette de geavanceerde onderwaterrobots van MBARI in om het Sur Pockmark-veld te bestuderen. Eerst brachten autonome onderwatervoertuigen (AUV's) – torpedovormige, zelfgeleide robots – de regio in kaart.
Eerdere kaarten van de zeebodem werden verzameld door sonar op schepen, maar de afstand tussen het oceaanoppervlak en de zeebodem resulteerde in gegevens met een lage resolutie. AUV's kunnen dichter bij de zeebodem reizen om het onderliggende terrein veel gedetailleerder te visualiseren. MBARI's AUV's voor het in kaart brengen van de zeebodem bevatten ook technologie om de subbodemlagen van sediment onder de zeebodem te profileren.
Deze kaarten begeleidden vervolgens de bemonstering met MBARI's op afstand bediende voertuig (ROV) 'Doc Ricketts'. De ROV Doc Ricketts, bestuurd door het onderzoeksteam in de controlekamer aan boord van een MBARI-onderzoeksschip, verzamelde sedimentmonsters om de geschiedenis van individuele pokdalingen te reconstrueren.
Deze pockmarks bevinden zich aan de continentale rand, een dynamisch deel van de zeebodem dat het relatief ondiepe continentale plat met de diepzee verbindt. De zwaartekrachtstromen van het sediment kunnen met tussenpozen enorme hoeveelheden materiaal door dit gebied verplaatsen. De gegevens en monsters verzameld door de MBARI-technologie hielpen het onderzoeksteam de geschiedenis van sedimentbewegingen over dit deel van de zeebodem samen te stellen.
Het team vond meerdere lagen zandafzettingen, turbidieten genoemd, in de sedimentmonsters genomen van de pokdalige plekken en de sub-bodemafbeeldingen van het pokdalige veld. Deze afzettingen gaven aan dat er gedurende ten minste 280.000 jaar met tussenpozen grote sedimentstromingen in de regio hebben plaatsgevonden. Deze sedimentzwaartekrachtstromen lijken erosie te veroorzaken in het midden van elke pokdaligheid, waardoor deze unieke onderwatermorfologische kenmerken in de loop van de tijd behouden blijven.
"We hebben een enorme hoeveelheid gegevens verzameld, waardoor we een verrassende link konden leggen tussen pokdalingen en zwaartekrachtstromen van sediment. We konden niet precies bepalen hoe deze pokdalletjes aanvankelijk werden gevormd, maar met de geavanceerde onderwatertechnologie van MBARI hebben we nieuw inzicht gekregen in hoe en waarom deze kenmerken al honderdduizenden jaren op de zeebodem blijven bestaan', zegt Lundsten.
Elders in de wereld zijn pokdalige plekken op de zeebodem aangetroffen. Op die locaties zijn pokken in verband gebracht met het vrijkomen van methaangas of andere vloeistoffen uit de zeebodem. Borrelend methaan kan er mogelijk voor zorgen dat de zeebodem instabiel wordt, wat risico's kan opleveren voor constructies op de zeebodem, zoals de ankers voor offshore windturbines.
In oktober 2018 kondigde het Amerikaanse Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) gebieden voor de kust van Centraal-Californië aan voor mogelijke leasing van windenergie. MBARI ging snel over tot het uitvoeren van dit onderzoek om kritische vragen over de stabiliteit van de zeebodem te beantwoorden en zo de ontwikkeling van offshore windenergie in Californië te begeleiden.
"Het uitbreiden van hernieuwbare energie is van cruciaal belang voor het bereiken van de dramatische vermindering van de CO2-uitstoot die nodig is om verdere onomkeerbare klimaatverandering te voorkomen. Er zijn echter nog steeds veel onbeantwoorde vragen over de mogelijke milieueffecten van de ontwikkeling van offshore windenergie", aldus Chris Scholin, president en CEO van MBARI. .
"Dit onderzoek is een van de vele manieren waarop MBARI-onderzoekers fundamentele vragen over onze oceaan beantwoorden om beslissingen te helpen nemen over de manier waarop we mariene hulpbronnen gebruiken."
Vanwege de uitgebreide inspanningen van MBARI, USGS, BOEM en NOAA als onderdeel van de gezamenlijke onderzoekscampagne Expanding Pacific Research and Exploration of Submerged Systems (EXPRESS), is het Sur Pockmark-veld nu een van de best bestudeerde zeebodemgebieden ter wereld. de westkust van Noord-Amerika. Er zijn echter nog steeds veel vragen te beantwoorden over deze pokdalige plekken, waaronder hoe deze kenmerken honderdduizenden jaren geleden aanvankelijk werden gevormd.
Achtergrond
De zeebodem speelt een belangrijke ecologische en maatschappelijke rol. Het biedt een vitale habitat voor het leven in zee en ondersteunt onze moderne infrastructuur. We moeten echter nog veel leren over processen op de zeebodem. MBARI heeft een actief onderzoeksprogramma dat geavanceerde robots gebruikt om de zeebodem voor de kust van Centraal-Californië te bestuderen en in kaart te brengen.
MBARI's Continental Margin Processes Team, onder leiding van senior wetenschapper Charlie Paull, onderzoekt hoe de morfologie van de continentale marge (waar het continentaal plat overgaat in de afgrond) in de loop van de tijd wordt vormgegeven en veranderd.
Het Sur Pockmark Field ligt voor de kust van Big Sur, Californië, langs de continentale rand op een diepte van 500 tot 1.500 meter (ongeveer 1.600 tot 5.200 voet). Sommige van deze pockmarks werden voor het eerst ontdekt door MBARI-wetenschappers in 1998 tijdens een zeebodemonderzoek met behulp van een op een schip gemonteerde multibeam sonar.
Uit aanvullende scheepsonderzoeken uitgevoerd door MBARI-medewerkers bij de USGS en NOAA in 2018 bleek dat de pockmarks zich zuidwaarts uitstrekken tot in de regio bij Morro Bay. Deze onderzoeken hebben meer dan 5.200 pokdalige plekken aan het licht gebracht, verspreid over 1.300 vierkante kilometer (500 vierkante mijl), waardoor dit gebied het grootste bekende pokdalige veld in Noord-Amerika is.
De zeebodem voor de kust van dit afgelegen deel van de kustlijn van Centraal-Californië is van oudsher een van de minst bestudeerde regio's van de continentale rand voor de westkust van Noord-Amerika. De afgelopen zes jaar heeft het Continental Margin Processes Team van MBARI gewerkt om de oorsprong van de pokdalige formaties te begrijpen, vast te stellen of ze geologisch actief zijn en te bepalen of het gebieden van speciale biologische betekenis zijn.
Eerder onderzoek door MBARI, BOEM en USGS onderzocht de biologische gemeenschappen binnen het Sur Pockmark-veld. Dit nieuwe onderzoek was bedoeld om de geologische processen te begrijpen die pokdalige plekken in het veld vormen en in stand houden.
Het onderzoeksteam gebruikte het in kaart brengen van AUV's die waren ontwikkeld door ingenieurs van het Seafloor Mapping Lab van MBARI om een deel van het Sur Pockmark-veld gedetailleerder te visualiseren.
Bathymetrische onderzoeken door deze onderwaterrobots brachten 317 van de 5.251 pockmarks in kaart met een resolutie van één meter. Bij deze fijne resolutie werd het duidelijk dat de pokdalige plekken zeer gladde, geleidelijk aflopende zijkanten hebben.
De pockmarks zijn gemiddeld 156 meter (512 voet) breed, bijna cirkelvormig en redelijk gelijkmatig uit elkaar geplaatst. Bovendien zijn de AUV's uitgerust met een piep-sub-bottom profiler die geluid gebruikt om sedimentlagen onder het zeebodemoppervlak zichtbaar te maken. Tjilpprofielen legden delen van de ondergrond vast onder ongeveer 200 putjes op de locatie.
Deze onderzoeken hebben een assortiment gedetailleerde zeebodemgegevens vastgelegd die niet zichtbaar zouden zijn via scheepskartering met multibeam sonar. Die gegevens maakten een doelgerichte bemonstering van pokken in het veld mogelijk.
Het Continental Margin Processes-team voerde 30 duiken uit met twee van MBARI's ROV's om 21 pockmarks in het veld van dichterbij te bekijken. Het team heeft 185 uur aan videobeelden van de zeebodem opgenomen, zowel binnen als buiten pokdalige plekken. MBARI's ROV Doc Ricketts verzamelde ook 107 vibracores – een 1,5 meter lange kern van sediment die door hoogfrequente trillingen in een metalen buis is losgeraakt – en 433 pushcores – een ondieper sedimentmonster van 24 centimeter (9,4 inch) – binnen en rond vijf pokdalingen.
Tijdens een USGS-cruise op het onderzoeksschip M/V 'Bold Horizon' in 2019 werden diepere zuiger- en zwaartekrachtkernen verzameld met een lengte tot 7,5 meter (25 voet). Ter vergelijking zijn de zuigerkernen in de pokdalingen en op achtergrondplaatsen naast, maar buiten de pokdalingen genomen.
Belangrijk is dat het onderzoeksteam geen bewijs van methaangas vond in de monsters of gegevens die ze verzamelden. In plaats daarvan gaven de ondergrondse profielen en sedimentmonsters aan dat de pokken afwisselend lagen fijn en grof sediment bevatten.
De zandige afzettingen, of turbidieten, waren de sleutel tot het ontsluiten van het verrassende verhaal van de enorme zwaartekrachtstromen van sediment die over het hele gebied stroomden. Fijn sediment op de zeebodem werd in de loop van de tijd langzaam afgezet, waarna intermitterende grote zwaartekrachtstromen een karakteristieke laag grof zand achterlieten. Het lijkt erop dat deze stromen de pokdalige centra eroderen, waardoor zandige afzettingen achterblijven op meerdere pokdalige plekken in de regio tegelijkertijd.
Wetenschappers zijn pas onlangs begonnen de patronen van erosie en afzetting door sedimentzwaartekrachtstromen in onderwatercanyons en kanalen te begrijpen. Het Sur Pockmark-veld wordt begrensd door twee kanalen:het Lucia Chica-kanaal in het noorden en het San Simeon-kanaal in het zuiden, maar is verder breed en open terrein.
Hoe stromingen en sedimenten precies over het ingedeukte oppervlak van het Sur Pockmark-veld bewegen, is nog onbekend. Het onderzoeksteam heeft echter voorgesteld dat de unieke morfologie van de zeebodem in dit gebied stromingspatronen kan creëren die de pokdalige centra eroderen.
In deze regio zijn de zwaartekrachtstromen van sediment episodisch en treden ze tienduizenden jaren uit elkaar. De laatste was ongeveer 14.000 jaar geleden. Computermodellen zullen nodig zijn om te bevestigen of een onbeperkte stroom die over het pokdalige veld stroomt, voldoende energie met zich meedraagt om de pokdalige plekken te eroderen en in stand te houden.