Ich liebe es, alte Abhandlungen zu lesen. Vor ein paar Tagen recherchierte ich ein wenig über die Geomorphologie der Tiefsee vor der Ostküste der USA und stieß dabei auf die 1936 im American Journal of Science veröffentlichte Arbeit des Geologen und Harvard-Professors Reginald Daly* über die Entstehung von Unterwasserschluchten. Vor den 1920er Jahren kartierten Ozeanographen und Meeresgeologen die Tiefe des Meeresbodens, indem sie eine beschwerte Leine ins Wasser warfen und die Länge der Leine maßen, wenn sie den Boden berührte. Anhand dieser Daten wurden Karten der Topografie des Meeresbodens, so genannte bathymetrische Karten, erstellt. Dies änderte sich jedoch in den 1920er Jahren, als neue Technologien für die Meeresforschung entwickelt wurden:
Echolote wurden ab den 1920er Jahren für Tiefseeuntersuchungen eingeführt. Die Sonar__ __(SOund NAvigation and Ranging)-Technologien revolutionierten die Ozeanographie in der gleichen Weise, wie die Luftbildfotografie die topografische Kartierung revolutionierte.^
Als Ergebnis dieses neuen Instruments wurden neue Daten, die die Form und das Ausmaß der Landschaft unter dem Meer charakterisierten, in einem schnellen Tempo veröffentlicht. Unterseeische Canyons wurden bereits von den Vor-SONAR-Kartierern identifiziert, aber erst mit diesem technischen Fortschritt wurde uns klar, wie verbreitet sie sind. Heute wissen wir, dass es Hunderte (vielleicht Tausende, je nach Definition) von submarinen Canyons gibt, die sich überall auf der Erde in die Kontinentalschelfe und -hänge einschneiden. Der Monterey Submarine Canyon vor der Küste von Zentralkalifornien ist zum Beispiel so tief und breit wie der Grand Canyon.
Dalys Arbeit aus dem Jahr 1936 ist ein wahrer Leckerbissen, weil sie einfach und prägnant ist: Sie fasst den aktuellen Wissensstand auf der Grundlage dieser neuen Daten zusammen und erörtert dann, wie diese unterseeischen Merkmale in diesem Kontext entstanden sind. Daly fasst einige der wichtigsten Beobachtungen aus diesen neuen Daten zusammen – ich werde sie hier paraphrasieren:
- Einige unterseeische Canyons scheinen küstennahe Verlängerungen großer Flüsse zu sein, aber es gibt viele, die nicht mit Flüssen übereinstimmen.
- Einige Teile des Kontinentalschelfs, insbesondere in Küstennähe, weisen Erosionsmerkmale auf, die eindeutig auf untergegangene Flüsse aus dem Pleistozän zurückzuführen sind (als der Meeresspiegel ~100 m niedriger war als heute).
- Viele Canyons wurden bis zu einer Tiefe von fast 3000 m unter dem Meeresspiegel nachgewiesen.
- Canyons sind relativ gerade und ihre Achse ist am Kontinentalhang entlang ausgerichtet.
- Einige Canyons verzweigen sich an ihren oberen Enden und ähneln den dendritischen Mustern von Flusseinzugsgebieten an Land.
- Einige Canyons verbreitern sich und laufen an ihren äußeren Enden zum tiefen Ozean hin aus.
- Die Böden der bisher untersuchten Canyons sind mit Schlamm bedeckt.
Bis den 1930er Jahren war die Vorstellung, dass der Meeresspiegel während des letzten glazialen Maximums vor etwa 15.000-20.000 Jahren viel niedriger war (~120 m oder fast 400 Fuß tiefer als heute), weit verbreitet,000-20.000 Jahren deutlich niedriger war. Daly erörtert die Prozesse, die zur Entstehung der überfluteten Täler auf küstennahen Teilen der Kontinentalschelfe geführt haben, im Zusammenhang mit den glazial-interglazialen Schwankungen des Meeresspiegels. Als der Meeresspiegel niedriger war und die Kontinentalschelfe frei lagen, dehnten sich die Flüsse bis zur entsprechend niedrigeren Küstenlinie aus. Das Hudson Shelf Valley beispielsweise ist ein Überbleibsel des Hudson River aus dem Pleistozän, der in den Atlantik mündete, als die Küstenlinie mehr als 100 km seewärts des heutigen Standorts lag (der seewärts gelegene Rand des gelben Polygons in der Karte links).
Aber was ist mit den neu kartierten submarinen Canyons? Wie sind diese linearen Erosionsformen entstanden, die sich vom Kontinentalschelf in viel tieferes Wasser (bis zu 3000 m) erstrecken? Sicherlich ist der Meeresspiegel nicht so stark gesunken, dass Flüsse in trockengelegte Ozeanbecken vordringen konnten. Daly erörtert eine von anderen vorgeschlagene Idee, wonach der Meeresspiegel vielleicht durch tektonische Hebung relativ gesenkt wurde:
Die vorherrschende Vorstellung über den Ursprung der Gräben verlangt, dass gegen Ende der Entwicklung der Schelfe in den drei Ozeanen fast 3000 Meter angehoben wurden, dann für einen geologisch kurzen Zeitraum stabil gehalten wurden und schließlich gezwungen waren, fast 3000 Meter zu sinken, um mit äußerster Genauigkeit die beschriebene hypsometrische Beziehung wiederherzustellen. Die Unwahrscheinlichkeit einer solchen Oszillation, die fünf Kontinente und die entsprechenden Meeresböden betrifft, wird sofort deutlich.
Mit anderen Worten, es gab eine globale Hebung von fast 3000 Fuß, gefolgt von einem globalen Absinken in derselben Größenordnung, um eine so große Veränderung des Meeresspiegels zu erzeugen. Man hört Daly in seiner obigen Aussage fast ausrufen: „Das ist doch absurd“. Eine derartig große und globale Veränderung hätte überall auf dem Planeten andere Spuren hinterlassen. Wie also entstanden diese Tiefsee-Canyons und -Kanäle?
Daly stellt im weiteren Verlauf des Papiers die Hypothese auf, dass sedimentreiche Strömungen dicht genug waren, um unter der Schwerkraft die Unterwasserhänge hinunterzufließen:
Solange das Sediment „in der Schwebe“ war … war dieses Wasser tatsächlich dichter als das saubere Wasser weiter draußen im Meer oder das Wasser unterhalb der Zone der schnellen Umwälzung. Das beschwerte Wasser muss die Tendenz gehabt haben, unter das sauberere Wasser zu tauchen, über den leicht geneigten Boden des Schelfs zu gleiten und noch schneller den steileren Kontinentalhang hinunterzufließen. … Waren diese Bodenströmungen stark genug, um die jetzt diskutierten submarinen Gräben auszuheben?
Stimmt genau. Und ja, diese sedimenthaltigen Dichteströme – Trübungsströme genannt – und ähnliche Strömungen sind stark genug, um zur Erosion unterseeischer Canyons beizutragen. Die jahrzehntelange wissenschaftliche Arbeit seit Dalys Aufsatz hat gezeigt, dass sich die Ablagerungen der Trübeströme – Turbidite genannt – an der Mündung dieser Tiefsee-Canyons und in ihnen anhäufen. Diese Beziehung ist aus Vermessungssystemen bekannt, die heute noch aktiv sind (oder aus geologischer Sicht vor sehr kurzer Zeit), und aus der Untersuchung alter Beispiele, die begraben und lithifiziert wurden und nun als Aufschlüsse an der Erdoberfläche zu sehen sind.
Dalys Hypothese hat genau das getan, was Hypothesen tun sollen – sie hat zu weiteren Forschungen geführt, wie es in der Einleitung des berühmten Aufsatzes von Heezen und Ewing (1952) über das Grand Banks-Erdbeben und den Trübestrom heißt:
Angeregt durch die Hypothese von Daly (1936), dass Dichteströme (Trübeströme) die unterseeischen Canyons, die die Kontinentalränder zerschneiden, gegraben haben, führten Stetson und Smith (1937), Kuenen (1937, 1947, 1948, 1950) und Bell (1942) Tankexperimente durch, aus denen sie schlossen, dass Trübeströme im modernen Meer nicht nur möglich sind, sondern auch wichtige Transportmittel darstellen.
Wissenschaft!
Wissen wir alles, was es über die Entstehung von Unterwasserschluchten zu wissen gibt? Sicherlich nicht. Es gibt noch so viel mehr über diese Systeme zu lernen. Das Verständnis der Trübungsströme und der von ihnen gebildeten Unterwasserlandschaften ist schwierig zu erforschen, weil diese Prozesse (1) in der Tiefsee ablaufen, wo es um Größenordnungen schwieriger/teurer ist, direkte Messungen vorzunehmen, und (2) im Vergleich zu menschlichen Zeitmaßstäben selten auftreten, mit Wiederholungsintervallen von Hunderten bis Tausenden von Jahren. Numerische und physikalische (Flume-)Experimente werden immer besser, haben aber noch einen langen Weg vor sich. Das Verständnis dieser Systeme ist wichtig, weil es sich hier um die größten Ansammlungen von Detritus auf der Erde handelt; sie sind ein Archiv der Gebirgsbildung, des Klimawandels und – in jüngeren Zeiträumen – des anthropogenen Einflusses auf den Transfer von Material vom Land ins Meer.
Ich lese diese alten Papiere gerne, weil sie zeigen, dass wir Fortschritte gemacht haben. Es lohnt sich, ab und zu einen großen Schritt zurückzutreten und die bahnbrechenden Arbeiten auf Ihrem Gebiet erneut zu lesen.
Reginald Aldworth Daly (1936). Origin of submarine canyons American Journal of Science
*Abbildungen: (1) Screenshot des Titels und der Zusammenfassung von Daly (1936); (2) Die Karte des „Submerged Valley“ von Monterey aus dem Jahr 1897, veröffentlicht von George Davidson in den Proceedings of Calif. Acad. of Sciences. Mit freundlicher Genehmigung der NOAA Photo Library; (3) Bathymetrische Karte des Hudson Shelf Valley / USGS; (4) Künstlerische Darstellung einer Trübeströmung / Open University; (5) Karte des Hueneme submarine canyon / USGS
*
* Daly ist besser bekannt für seine Beiträge zum Verständnis der Entstehung von Eruptivgestein und frühen Ideen zur Plattentektonik.
^* Dieses Zitat und vieles mehr zur Geschichte der Meeresbodenkartierung finden Sie auf dieser Seite der Penn State; siehe auch diese SERC-Seite zur Geschichte der Meeresbodenkartierung.
*