A régi újságokat imádom olvasni. Néhány nappal ezelőtt alkalmi kutatást végeztem az USA keleti partjainál található mélytengeri geomorfológiáról, és rábukkantam Reginald Daly* geológus és harvardi professzor 1936-ban az American Journal of Science-ben megjelent tanulmányára a tenger alatti kanyonok eredetéről. Az 1920-as évek előtt az oceanográfusok és a tengeri geológusok úgy térképezték fel a tengerfenék mélységét, hogy egy súlyozott zsinórt dobtak a vízbe, és megmérték a zsinór hosszát, amikor az a fenékhez ért. Ezekkel az adatokkal készítették el a tengerfenék topográfiájának térképeit, az úgynevezett bathimetriai térképeket. Mindez azonban az 1920-as években megváltozott, amikor a feltáró tengerkutatáshoz új technológiát fejlesztettek ki:
A mélytengeri felmérésekhez az 1920-as évektől kezdve bevezették az echólokátorokat. A szonar__ __(SOund NAvigation and Ranging) technológiák ugyanúgy forradalmasították az oceanográfiát, mint a légi fényképezés a topográfiai térképezést.^
Az új eszköznek köszönhetően gyors ütemben jelentek meg a tenger alatti táj alakját és kiterjedését jellemző új adatok. A tenger alatti kanyonokat már a SONAR előtti térképezők is azonosították, de csak e technológiai fejlődéssel jöttünk rá, hogy mennyire gyakori jellegzetességről van szó. Ma már tudjuk, hogy több száz (a definíciótól függően talán több ezer) tenger alatti kanyon vágódik be a kontinentális talapzatokba és lejtőkbe szerte a Földön. A Kalifornia középső részén található Monterey tenger alatti kanyon például olyan mély és széles, mint a Grand Canyon.”
Daly 1936-os tanulmánya azért olvasmányos, mert célja egyszerű és tömör: összefoglalja a jelenlegi ismereteket ezen új adatok alapján, majd megvitatja, hogyan jöttek létre ezek a tenger alatti jellegzetességek ebben az összefüggésben. Daly összefoglalja az új adatokból származó néhány kulcsfontosságú megfigyelést — itt parafrazálom:
- Néhány tenger alatti kanyon a nagy folyók tengeri meghosszabbításának tűnik, de sok nem felel meg a folyóknak.
- A kontinentális talapzat egyes részein, különösen a partok közelében, olyan eróziós vonásokat találunk, amelyek egyértelműen ma már elsüllyedt pleisztocén folyók (amikor a tengerszint ~100 m-rel alacsonyabb volt, mint ma).
- Sok kanyon közel 3000 méter mélyen a tengerszint alatt húzódik.
- A kanyonok viszonylag egyenesek, tengelyük a kontinens lejtője felé irányul.
- Néhány kanyon a felső végén elágazik, és a szárazföldi folyók vízgyűjtő medencéinek dendritikus mintázatára emlékeztet.
- Néhány kanyon a külső végén kiszélesedik és kitágul a mély óceán felé.
- Az eddig vizsgált kanyonok padlóját iszap borítja.
By 1930-as években az az elképzelés, hogy a tengerszint sokkal alacsonyabb volt (~120 m-rel vagy közel 400 lábal alacsonyabb, mint ma) az utolsó jégkorszaki maximum idején kb. 15,20 000-20 000 évvel ezelőtt, jól megalapozott volt. Daly a glaciális-interglaciális tengerszint-ingadozások összefüggésében tárgyalja azokat a folyamatokat, amelyek a kontinentális talapzatok partközeli részein a víz alá süllyedt völgyeket hozták létre. Amikor a tengerszint alacsonyabb volt és a kontinentális talapzatok szabaddá váltak, a folyók a megfelelő alacsonyabb partvonalig terjedtek. A Hudson Shelf Valley például a pleisztocén Hudson folyó maradványa, amely az Atlanti-óceánba ömlött, amikor a partvonal több mint 100 km-re volt a mai helyétől a tenger felé (a bal oldali térképen a sárga sokszög tenger felé eső széle).
De mi a helyzet ezekkel az újonnan feltérképezett tenger alatti kanyonokkal? Hogyan alakultak ki ezek a lineáris eróziós vonulatok, amelyek a kontinentális talapzatról sokkal mélyebb vízbe (akár 3000 m-re) nyúlnak? A tengerszint biztosan nem süllyedt le ennyire, ami lehetővé tette, hogy a folyók a lecsapolt óceáni medencékbe nyúljanak. Daly tárgyalja azt a mások által javasolt elképzelést, hogy talán a tengerszint relatív értelemben a tektonikus kiemelkedés következtében csökkent:
Az árkok eredetének uralkodó felfogása azt követeli, hogy a három óceánban a fejlődés vége felé a polcokat közel 3000 méterre emelték, majd egy geológiailag rövid ideig stabilan tartották, és végül közel 3000 méterre kényszerültek lesüllyedni, hogy rendkívül szépen visszaállítsák a leírt hipszometriai kapcsolatot. Egy ilyen, öt kontinenst és a hozzájuk tartozó tengerfeneket érintő kilengés valószínűtlensége azonnal nyilvánvaló.
Más szóval, közel 10 000 lábnyi globális kiemelkedés, majd ugyanilyen nagyságrendű globális süllyedés következett be a tengerszint ilyen mértékű változásának előidézéséhez. Szinte hallani Daly felkiáltását: “Ez abszurd!” A fenti nyilatkozatában. Egy ekkora nagyságrendű és globális változásnak más bizonyítékokat kellett volna hagynia az egész bolygón. Hogyan alakultak ki tehát ezek a mélytengeri kanyonok és csatornák?
Daly a tanulmány hátralévő részében egy olyan hipotézist javasol, hogy az üledékben gazdag áramlatok elég sűrűek voltak ahhoz, hogy a gravitáció ereje alatt lefelé áramoljanak a víz alatti lejtőkön:
Míg az üledék “lebegett” … addig ez a víz ténylegesen sűrűbb volt, mint a tengerben távolabb lévő tiszta víz vagy a gyors keveredés zónája alatti víz. A súlyozott víznek hajlamosnak kellett lennie arra, hogy alámerüljön a tisztább víz alá, végigcsússzon az enyhén lejtős talapzaton, és még gyorsabban áramoljon lefelé a meredekebb kontinentális lejtőn. … Vajon ezek a fenékáramlatok elég erősek voltak ahhoz, hogy kiássák a most tárgyalt tenger alatti árkokat?
Találat. És igen, ezek az üledékkel teli sűrűségű áramlatok – az úgynevezett zavarossági áramlatok – és a hasonló áramlatok elég erőteljesek ahhoz, hogy hozzájáruljanak a tenger alatti kanyonok eróziójához. A Daly tanulmánya óta eltelt évtizedek tudománya kimutatta, hogy a zavarossági áramlatok lerakódásai – az úgynevezett turbiditok – e mélytengeri kanyonok torkolatánál és belsejében halmozódnak fel. Ezt az összefüggést a ma is aktív (vagy geológiai szempontból nagyon közelmúltbeli) felmérési rendszerekből, valamint az eltemetett, lítiumosodott és most a Föld felszínén feltárulkozó ősi példák vizsgálatából ismerjük.
Daly hipotézise pontosan azt tette, amit a hipotéziseknek tenniük kell – további kutatásokhoz vezetett, ahogy azt a Grand Banks-i földrengésről és a zavaros áramlásról szóló híres Heezen és Ewing (1952) tanulmányának bevezetőjében olvashatjuk:
A Daly (1936) hipotézise által ösztönözve, miszerint a sűrűségi (zavarossági) áramlatok vájják a kontinentális peremeket felszabdaló tenger alatti kanyonokat, Stetson és Smith (1937), Kuenen (1937, 1947, 1948, 1950) és Bell (1942) tartálykísérleteket végeztek, amelyekből arra következtettek, hogy a zavarossági áramlatok nemcsak lehetségesek a modern tengerben, hanem a szállítás fontos tényezői.
Tudomány!
Mindent tudunk a tenger alatti kanyonok kialakulásáról? Természetesen nem. Nagyon sok mindent meg kell még tanulnunk ezekről a rendszerekről. A zavarossági áramlatok és az általuk kialakított tenger alatti tájak megértését azért nehéz tanulmányozni, mert ezek a folyamatok (1) a tenger mélyén játszódnak le, ahol nagyságrendekkel nehezebb/drágább közvetlen méréseket végezni, és (2) az emberi időskálához képest ritkán fordulnak elő, több száz vagy ezer éves ismétlődési időközökkel. A numerikus és fizikai (fúvókás) kísérletek folyamatosan fejlődnek, de még mindig van hová fejlődniük. Ezeknek a rendszereknek a megértése azért fontos, mert ezek a Föld legnagyobb törmelékfelhalmozódásai; ezek a hegységépítés, az éghajlatváltozás és – újabb időskálákon – a szárazföldről a tengerbe történő anyagátadásra gyakorolt antropogén hatás archívuma.
Azért szeretem olvasni ezeket a régi tanulmányokat, mert azt mutatják, hogy fejlődtünk. Érdemes időnként egy nagy lépést hátralépni és újra elolvasni a szakterületünkön áttörést hozó dolgozatokat.
Reginald Aldworth Daly (1936). A tenger alatti kanyonok eredete American Journal of Science
*Képek: (1) képernyőkép a Daly (1936) címéről és kivonatáról; (2) A Monterey “Submerged Valley” 1897-es, George Davidson által a Proceedings of Calif. Acad. of Sciences. A NOAA Photo Library jóvoltából; (3) A Hudson Shelf Valley bathymetriai térképe / USGS; (4) Egy zavaros áramlás művészi ábrázolása / Open University; (5) A Hueneme tenger alatti kanyon térképe / USGS
*
* Daly inkább a magmás kőzetek eredetének megértéséhez való hozzájárulásáról és a lemeztektonikával kapcsolatos korai elképzeléseiről ismert.
^* Ez az idézet, és még sok más a tengerfenék-térképezés történetéről, a Penn State ezen oldaláról; lásd még a SERC ezen oldalát a tengerfenék-térképezés történetéről.
*