Uwielbiam czytać stare gazety. Kilka dni temu szukałem trochę informacji na temat geomorfologii głębin u wschodnich wybrzeży USA i natrafiłem na artykuł z 1936 roku opublikowany w American Journal of Science przez geologa i profesora Harvardu Reginalda Daly’ego* na temat pochodzenia podmorskich kanionów. Przed latami dwudziestymi XX wieku oceanografowie i geolodzy morscy określali głębokość dna morskiego, spuszczając do wody obciążoną linę i mierząc jej długość, gdy dotknęła dna. Na podstawie tych danych sporządzano mapy topografii dna morskiego, określane jako mapy batymetryczne. Wszystko to jednak zmieniło się w latach 20. XX wieku, kiedy to opracowano nową technologię eksploracji morza:
Sondy echosondy zostały wprowadzone do badań głębokowodnych począwszy od lat 20. XX wieku. Technologie sonarowe __(SOund NAvigation and Ranging) zrewolucjonizowały oceanografię w taki sam sposób, w jaki fotografia lotnicza zrewolucjonizowała mapowanie topograficzne.^
W wyniku zastosowania tego nowego narzędzia, w szybkim tempie zaczęto publikować nowe dane charakteryzujące kształt i skalę krajobrazu pod powierzchnią morza. Podmorskie kaniony zostały zidentyfikowane już przez mapperów sprzed powstania sonaru, ale dopiero ten postęp technologiczny uświadomił nam, jak bardzo są one powszechne. Obecnie wiemy, że istnieją setki (być może tysiące, w zależności od definicji) podmorskich kanionów wcinających się w szelfy kontynentalne i zbocza na całej Ziemi. Podmorski kanion Monterey u wybrzeży środkowej Kalifornii, na przykład, jest tak głęboki i szeroki jak Wielki Kanion.
Praca Daly’ego z 1936 roku jest klejnotem do przeczytania ze względu na jej prosty i zwięzły cel: podsumowanie obecnej wiedzy opartej na nowych danych, a następnie omówienie, jak te podmorskie cechy powstały w tym kontekście. Daly podsumowuje niektóre z kluczowych obserwacji z tych nowych danych – sparafrazuję je tutaj:
- Niektóre podmorskie kaniony wydają się być morskim przedłużeniem wielkich rzek, ale wiele z nich nie odpowiada rzekom.
- Niektóre części szelfów kontynentalnych, zwłaszcza w pobliżu wybrzeża, mają cechy erozyjne, które są wyraźnie zatopionymi rzekami plejstoceńskimi (gdy poziom morza był o ~100 m niższy niż obecnie).
- Wiele kanionów zostało prześledzonych do prawie 3000 metrów poniżej poziomu morza.
- Kaniony są stosunkowo proste, z osią zorientowaną w dół zbocza kontynentalnego.
- Niektóre kaniony rozgałęziają się na swoich górnych końcach, przypominając dendrytyczne wzory dorzeczy rzek lądowych.
- Niektóre kaniony rozszerzają się i rozszerzają na swoich zewnętrznych końcach, w kierunku głębokiego oceanu.
- Podłogi kanionów zbadanych do tej pory są pokryte błotem.
Do lat 30. XX wieku idea, że poziom morza był znacznie niższy (~120 m lub prawie 400 stóp niższy niż obecnie) podczas Ostatniego Lodowcowego Maksimum około 15,000-20 000 lat temu była dobrze ugruntowana. Daly omawia procesy, które stworzyły zatopione doliny na przybrzeżnych częściach szelfów kontynentalnych w kontekście lodowcowo-interglacjalnych wahań poziomu morza. Kiedy poziom morza był niższy, a szelfy kontynentalne odsłonięte, rzeki rozszerzały się do odpowiednio niższych linii brzegowych. Na przykład Hudson Shelf Valley to pozostałość po plejstoceńskiej rzece Hudson, która uchodziła do Oceanu Atlantyckiego, gdy linia brzegowa znajdowała się ponad 100 km w kierunku morza od dzisiejszej lokalizacji (krawędź żółtego wielokąta na mapie po lewej).
Ale co z tymi nowo zmapowanymi podmorskimi kanionami? Jak powstały te liniowe formy erozyjne, które rozciągają się od szelfu kontynentalnego do znacznie głębszych wód (do 3000 m lub 9500 stóp)? Z pewnością poziom morza nie obniżył się aż tak bardzo, by umożliwić rzekom przedostanie się do osuszonych basenów oceanicznych. Daly omawia pomysł zaproponowany przez innych, że być może poziom morza został obniżony w sensie względnym w wyniku wypiętrzenia tektonicznego:
Panująca koncepcja pochodzenia rowów wymaga, by pod koniec rozwoju szelfy w trzech oceanach zostały podniesione o prawie 3000 metrów, następnie przez geologicznie krótki okres utrzymane w stabilnej pozycji, a w końcu zmuszone do zatopienia się o prawie 3000 metrów, tak by przywrócić z niezwykłą dokładnością opisaną relację hipsometryczną. The improbability of such an oscillation, affecting five continents and the corresponding sea floors, is at once manifest.
Innymi słowy, nastąpiło globalne wypiętrzenie o prawie 10,000 stóp, po którym nastąpiło globalne opadanie o tej samej wielkości, aby wytworzyć tak dużą zmianę w poziomie morza. Ty prawie tutaj Daly exclaim „To jest niedorzeczne!” w jego oświadczeniu powyżej. Tak duża skala i globalna zmiana pozostawiłaby inne dowody na całej planecie. Jak więc powstały te głębinowe kaniony i kanały?
Daly wykorzystuje pozostałą część artykułu, by zaproponować hipotezę, że prądy bogate w osady były wystarczająco gęste, by spływać w dół podwodnych zboczy pod wpływem siły grawitacji:
Tak długo jak osady były 'zawieszone’ … woda była efektywnie gęstsza niż czysta woda dalej w morze lub woda poniżej strefy gwałtownego mieszania. There must have been a tendency for the weighted water to dive under the cleaner water, to slide along the gently inclined bottom of the shelf, and to flow still faster down the steeper continental slope. … Czy te prądy denne były na tyle silne, by wykopać omawiane teraz podmorskie rowy?
Sposób na. I tak, te pełne osadów prądy gęstości – zwane prądami mętności – oraz podobne przepływy są na tyle energiczne, że przyczyniają się do erozji podmorskich kanionów. Dziesiątki lat nauki, jakie upłynęły od czasu pracy Daly’ego, pokazały, że osady z prądów mętności — zwane turbidytami — gromadzą się u ujścia i wewnątrz tych głębinowych kanionów. Zależność ta jest znana z systemów pomiarowych działających do dziś (lub bardzo niedawno z perspektywy geologicznej) oraz z badań starożytnych przykładów, które zostały zakopane, zlityfikowane, a teraz są odsłonięte jako wychodnie na powierzchni Ziemi.
Hipoteza Dalego zrobiła dokładnie to, co hipotezy powinny zrobić – doprowadziła do dalszych badań, jak stwierdzono na początku słynnej pracy Heezena i Ewinga (1952) o trzęsieniu ziemi i prądzie mętnym w Grand Banks:
Pobudzeni hipotezą Daly’ego (1936), że prądy gęstościowe (mętnościowe) rzeźbią podmorskie kaniony, które rozcinają brzegi kontynentów, Stetson i Smith (1937), Kuenen (1937, 1947, 1948, 1950) i Bell (1942) przeprowadzili eksperymenty w zbiornikach, z których wywnioskowali, że prądy mętnościowe są nie tylko możliwe we współczesnym morzu, ale są ważnymi środkami transportu.
Nauka!
Czy wiemy wszystko, co należy wiedzieć o powstawaniu podmorskich kanionów? Z pewnością nie. Jest o wiele więcej do nauczenia się o tych systemach. Zrozumienie prądów mętności i tworzonych przez nie podwodnych krajobrazów jest trudne do zbadania, ponieważ procesy te (1) zachodzą w głębinach morskich, gdzie wykonanie bezpośrednich pomiarów jest o rzędy wielkości trudniejsze/kosztowniejsze oraz (2) występują rzadko w porównaniu z ludzkimi skalami czasowymi, z okresami nawrotów wynoszącymi od setek do tysięcy lat. Eksperymenty numeryczne i fizyczne (flume) stale się poprawiają, ale wciąż mają wiele do zrobienia. Zrozumienie tych systemów jest ważne, ponieważ są to największe akumulacje detrytusu na Ziemi; są one archiwum budowania gór, zmian klimatycznych, a w nowszych skalach czasowych, antropogenicznego wpływu na transfer materiału z lądu do morza.
Cieszę się czytając te stare prace, ponieważ pokazują one, że zrobiliśmy postęp. Warto raz na jakiś czas zrobić duży krok w tył i ponownie przeczytać przełomowe prace w swojej dziedzinie.
Reginald Aldworth Daly (1936). Origin of submarine canyons American Journal of Science
*Images: (1) zrzut ekranu tytułu i abstraktu książki Daly (1936); (2) konturowa mapa Monterey „Submerged Valley” z 1897 roku opublikowana przez George’a Davidsona w Proceedings of Calif. Acad. of Sciences. Dzięki uprzejmości NOAA Photo Library; (3) Bathymetric map of Hudson Shelf Valley / USGS; (4) Artistic rendition of a turbidity current / Open University; (5) Map of Hueneme submarine canyon / USGS
*
* Daly jest bardziej znany ze swojego wkładu w zrozumienie pochodzenia skał iglastych i wczesnych pomysłów na tektonikę płyt.
^* Ten cytat i wiele innych na temat historii mapowania dna morskiego można znaleźć na tej stronie w Penn State; zobacz też stronę SERC na temat historii mapowania dna morskiego.
*
*