Ik lees graag oude artikelen. Een paar dagen geleden deed ik wat onderzoek naar de geomorfologie van de diepzee voor de oostkust van de VS. Ik stuitte op een artikel uit 1936 in het American Journal of Science van de geoloog en Harvard-professor Reginald Daly* over het ontstaan van onderzeese canyons. Vóór de jaren 1920 brachten oceanografen en mariene geologen de diepte van de zeebodem in kaart door een verzwaarde lijn in het water te laten vallen en de lengte van die lijn te meten wanneer deze de bodem raakte. Aan de hand van deze gegevens werden kaarten gemaakt van de topografie van de zeebodem, bathymetrische kaarten genoemd. Maar dit veranderde allemaal in de jaren 1920, toen nieuwe technologie voor verkennend zeeonderzoek werd ontwikkeld:
Echo-sounders werden geïntroduceerd voor onderzoek in diep water, te beginnen in de jaren 1920. Sonar__ __(SOund NAvigation and Ranging)-technologieën brachten een revolutie teweeg in de oceanografie op dezelfde manier als luchtfotografie een revolutie teweegbracht in topografische kartering.^
Als gevolg van dit nieuwe instrument werden nieuwe gegevens die de vorm en schaal van het landschap onder de zee karakteriseerden, in een snel tempo gepubliceerd. Onderzeese canyons werden door de pre-SONAR mappers al geïdentificeerd, maar pas door deze technologische vooruitgang realiseerden we ons hoe algemeen ze zijn. We weten nu dat er honderden (misschien wel duizenden, afhankelijk van je definitie) onderzeese canyons zijn die overal op aarde in continentale plateaus en hellingen insnijden. Monterey onderzeese canyon voor de kust van centraal Californië, bijvoorbeeld, is even diep en breed als de Grand Canyon.
Daly’s artikel uit 1936 is een juweeltje om te lezen omdat het een eenvoudig en beknopt doel heeft: het samenvatten van de huidige kennis op basis van deze nieuwe gegevens en dan bespreken hoe deze onderzeese kenmerken binnen die context tot stand kwamen. Daly vat enkele van de belangrijkste waarnemingen uit deze nieuwe gegevens samen — ik zal hier parafraseren:
- Sommige onderzeese canyons blijken offshore verlengstukken van grote rivieren te zijn, maar er zijn er veel die niet met rivieren overeenkomen.
- Sommige delen van continentale plateaus, vooral dicht bij de kust, hebben erosie-kenmerken die duidelijk nu verdronken Pleistocene rivieren zijn (toen de zeespiegel ~100 m lager was dan nu).
- Vele canyons zijn getraceerd tot bijna 3000 meter onder de zeespiegel.
- Canyons zijn relatief recht met as georiënteerd langs de continentale helling.
- Sommige canyons vertakken zich aan de bovenkant en lijken op dendritische patronen van afwateringsbekkens aan land.
- Sommige canyons verbreden zich en lopen aan de buitenkant uit, in de richting van de diepe oceaan.
- De bodems van de tot nu toe onderzochte canyons zijn bedekt met modder.
Tegen de jaren 1930 was het idee dat de zeespiegel veel lager was (~120 m of bijna 400 ft lager dan vandaag) tijdens het Laatste Glaciale Maximum ongeveer 15,000-20.000 jaar geleden was algemeen aanvaard. Daly bespreekt de processen die de ondergelopen valleien op de nearshore delen van het continentaal plat hebben doen ontstaan in de context van de glaciale-interglaciale zeespiegelfluctuaties. Toen de zeespiegel lager was en het continentaal plat bloot kwam te liggen, strekten de rivieren zich uit tot de corresponderende lagere kustlijn. De Hudson Shelf Valley is bijvoorbeeld het overblijfsel van de Pleistocene Hudson Rivier die uitmondde in de Atlantische Oceaan toen de kustlijn meer dan 100 km zeewaarts lag van de huidige locatie (de zeewaartse rand van de gele veelhoek op de kaart links).
Maar hoe zit het met deze nieuw in kaart gebrachte onderzeese canyons? Hoe zijn deze lineaire erosie-elementen ontstaan die zich vanaf het continentaal plat tot in veel dieper water uitstrekken (tot 3000 m)? De zeespiegel is toch zeker niet zo sterk gedaald dat rivieren zich konden uitstrekken tot in drooggelegde oceaanbekkens? Daly bespreekt een door anderen geopperd idee dat de zeespiegel misschien in relatieve zin is gedaald als gevolg van tektonische opheffing:
De heersende opvatting over de oorsprong van de geulen vereist dat tegen het einde van de ontwikkeling van de continentale plateaus in de drie oceanen bijna 3000 meter werden opgetild, vervolgens voor een geologisch korte periode stabiel werden gehouden, en tenslotte gedwongen werden om bijna 3000 meter te zakken, om zo met uiterste nauwkeurigheid de beschreven hypsometrische relatie te herstellen. De onwaarschijnlijkheid van een dergelijke oscillatie, die vijf continenten en de corresponderende zeebodems beïnvloedt, is meteen duidelijk.
Met andere woorden, er was een wereldwijde stijging van bijna 10.000 voet gevolgd door een wereldwijde daling van dezelfde grootte om zo’n grote verandering in zeeniveau te produceren. Je hoort Daly bijna uitroepen “Dat is belachelijk!” in zijn verklaring hierboven. Zo’n grote en wereldwijde verandering zou over de hele planeet andere bewijzen hebben achtergelaten. Hoe zijn deze diepzeekloven en -geulen dan ontstaan?
Daly gebruikt de rest van het artikel om de hypothese te opperen dat sedimentrijke stromingen dicht genoeg waren om onder invloed van de zwaartekracht langs de onderwaterhellingen naar beneden te stromen:
Zolang het sediment ‘in suspensie’ was … was dat water in feite dichter dan het schone water verder in zee of het water onder de zone waar de stroming snel op gang kwam. Het verzwaarde water moet de neiging hebben gehad onder het schonere water te duiken, langs de licht hellende bodem van het continentaal plat te glijden en nog sneller langs de steilere continentale helling naar beneden te stromen. … Waren deze bodemstromingen sterk genoeg om de nu besproken onderzeese geulen te hebben uitgegraven?
Zo is het maar net. En ja, deze met sediment beladen dichtheidsstromen — troebelheidsstromen genoemd — en soortgelijke stromingen zijn krachtig genoeg om bij te dragen aan de erosie van onderzeese ravijnen. Tientallen jaren van wetenschap sinds Daly’s artikel hebben aangetoond dat de afzettingen van troebelheidsstromen — turbidieten genaamd — zich opstapelen aan de monding van en in deze diepzee canyons. Deze relatie is bekend uit meetsystemen die vandaag de dag nog steeds actief zijn (of zeer recent vanuit geologisch perspectief) en uit het onderzoek van oude voorbeelden die werden begraven, verglaasd, en nu als ontsluiting aan het aardoppervlak worden blootgelegd.
De hypothese van Daly deed precies wat hypothesen geacht worden te doen — zij leidde tot verder onderzoek, zoals wordt gesteld in de opening van het beroemde artikel van Heezen en Ewing (1952) over de Grand Banks aardbeving en de troebelheidsstroom:
Gestimuleerd door de hypothese van Daly (1936) dat dichtheids- (troebelheids-) stromingen de onderzeese ravijnen hebben uitgesleten die de continentale randen doorsnijden, voerden Stetson en Smith (1937), Kuenen (1937, 1947, 1948, 1950), en Bell (1942) tankexperimenten uit waaruit zij concludeerden dat troebelheidsstromingen niet alleen mogelijk zijn in de moderne zee, maar dat zij belangrijke transportmiddelen zijn.
Wetenschap!
Weten we alles over de vorming van onderzeese canyons? Zeker niet. Er is nog zoveel meer te leren over deze systemen. Inzicht in troebelheidsstromen en de onderzeese landschappen die zij vormen is moeilijk te bestuderen omdat deze processen (1) zich afspelen in de diepzee waar het vele malen moeilijker/goedkoper is om directe metingen te doen en (2) zich niet vaak voordoen vergeleken met menselijke tijdschalen, met herhalingsintervallen van honderden tot duizenden jaren. Numerieke en fysische experimenten (met watergoten) worden steeds beter, maar hebben nog een lange weg te gaan. Inzicht in deze systemen is belangrijk omdat dit de grootste opeenhopingen van detritus op aarde zijn; ze vormen een archief van de opbouw van gebergten, klimaatverandering en, op recentere tijdschalen, antropogene invloed op de overdracht van materiaal van land naar zee.
Ik lees deze oude artikelen graag omdat ze laten zien dat we vooruitgang hebben geboekt. Het is de moeite waard om af en toe een grote stap terug te doen en de baanbrekende papers in je vakgebied opnieuw te lezen.
Reginald Aldworth Daly (1936). Origin of submarine canyons American Journal of Science
*Images: (1) screenshot van titel en samenvatting van Daly (1936); (2) De gecontourde kaart uit 1897 van Monterey “Submerged Valley” zoals gepubliceerd door George Davidson in de Proceedings of Calif. Acad. of Sciences. Met dank aan NOAA Photo Library; (3) Bathymetrische kaart van Hudson Shelf Valley / USGS; (4) Artistieke weergave van een troebelheidsstroom / Open University; (5) Kaart van de onderzeese canyon van Hueneme / USGS
*
* Daly is beter bekend om zijn bijdragen aan het begrip van de oorsprong van stollingsgesteenten en vroege ideeën over platentektoniek.
Dit citaat, en veel meer over de geschiedenis van de zeebodemkartering, van deze pagina op Penn State; zie ook deze SERC-pagina over de geschiedenis van de zeebodemkartering.
*