Jag älskar att läsa gamla tidningar. För några dagar sedan gjorde jag lite tillfällig forskning om djuphavets geomorfologi utanför USA:s östkust och stötte på en artikel från 1936 som publicerades i American Journal of Science av geologen och Harvardprofessorn Reginald Daly* om ursprunget till undervattensklyftor. Före 1920-talet kartlade oceanografer och maringeologer djupet till havsbotten genom att släppa ner en viktlina i vattnet och mäta längden på linan när den rörde vid botten. Med hjälp av dessa data gjordes kartor över havsbottnens topografi, så kallade batymetriska kartor. Men allt detta förändrades på 1920-talet när ny teknik för utforskande havsforskning utvecklades:
Echolodare introducerades för djuphavsundersökningar med början på 1920-talet. Sonar__ __(SOund NAvigation and Ranging)-tekniken revolutionerade oceanografin på samma sätt som flygfotografin revolutionerade den topografiska kartläggningen ^
Som ett resultat av detta nya verktyg publicerades nya data som karakteriserade landskapets form och skala under havet i snabb takt. Ubåtsklyftor identifierades av kartläggarna före Sonar, men det var inte förrän detta tekniska framsteg som vi insåg hur vanliga de är. Vi vet nu att det finns hundratals (kanske tusentals, beroende på hur man definierar det) undervattenssklyftor som skär in i kontinentalsocklar och sluttningar över hela jorden. Monterey submarine canyon utanför centrala Kalifornien är till exempel lika djup och bred som Grand Canyon.
Dalys artikel från 1936 är en pärla att läsa på grund av dess enkla och koncisa syfte: att sammanfatta den nuvarande kunskapen baserat på dessa nya data och sedan diskutera hur dessa undervattensföremål har uppstått i det sammanhanget. Daly sammanfattar några av de viktigaste observationerna från dessa nya data – jag parafraserar här:
- Vissa undervattenscanyoner verkar vara offshore-förlängningar av stora floder, men det finns många som inte motsvarar floder.
- Vissa delar av kontinentalsocklar, särskilt nära kusten, har erosionsdrag som tydligt är nu dränkta pleistocena floder (när havsnivån var ~100 m lägre än i dag).
- Många kanjoner har spårats till nästan 3000 meter under havsytan.
- Kanjoner är relativt raka med axeln orienterad nedåt i kontinentalsluttningen.
- Vissa kanjoner förgrenar sig i sina övre ändar och liknar dendritiska mönster i flodavrinningsbassänger på land.
- Vissa kanjoner vidgar sig och utvidgar sig i sina yttre ändar, mot det djupa havet.
- Bottnarna i de kanjoner som hittills undersökts är täckta av lera.
By på 1930-talet var idén om att havsnivåerna var mycket lägre (~120 m eller nästan 400 fot lägre än i dag) under den senaste istiden ca 15,000-20 000 år sedan var väl etablerad. Daly diskuterar de processer som skapade de nedsänkta dalarna på kustnära delar av kontinentalsocklar inom ramen för de glaciala-interglaciala havsnivåfluktuationerna. När havsnivåerna var lägre och kontinentalsocklarna exponerade, sträckte sig floderna till motsvarande lägre kustlinje. Hudson Shelf Valley är till exempel en rest av den pleistocena Hudsonfloden som mynnade ut i Atlanten när strandlinjen var mer än 100 km längre bort från dagens plats (den havsvända kanten av den gula polygonen på kartan till vänster).
Men hur är det då med dessa nykarterade undervattensklyftor? Hur bildades dessa linjära erosionsfunktioner som sträcker sig utanför kontinentalsockeln in på mycket djupare vatten (upp till 3 000 m eller 9 500 fot)? Havsnivån sjönk säkert inte så mycket så att floderna kunde sträcka sig in i dränerade havsbassänger. Daly diskuterar en idé som föreslagits av andra om att havsnivån kanske sänktes i relativ bemärkelse som ett resultat av tektonisk upphöjning:
Den förhärskande uppfattningen om ursprunget till diken kräver att mot slutet av utvecklingen av de tre oceanernas hyllor lyftes nästan 3000 meter, sedan under en geologiskt sett kort period hölls stabila, och slutligen tvingades sjunka nästan 3000 meter för att på ett ytterst fint sätt återupprätta det beskrivna hypsometriska förhållandet. Osannolikheten av en sådan svängning, som påverkar fem kontinenter och motsvarande havsbottnar, är genast uppenbar.
Med andra ord skedde det en global upphöjning på nästan 10 000 fot som följdes av en global nedsänkning i samma storleksordning för att åstadkomma en så stor förändring i havsnivån. Man hör nästan Daly utbrista ”Det är absurt!” i sitt uttalande ovan. En sådan stor omfattning och global förändring skulle ha lämnat andra bevis över hela planeten. Så hur bildades dessa djuphavskanjoner och kanaler?
Daly använder resten av artikeln för att föreslå en hypotes om att strömmar som var rika på sediment var tillräckligt täta för att strömma nerför undervattensbackarna under gravitationskraften:
Så länge sedimentet var ”suspenderat” … så var det vattnet i själva verket tätare än det rena vattnet längre ut i havet eller vattnet under zonen med snabb omrörning. Det måste ha funnits en tendens för det tyngda vattnet att dyka under det renare vattnet, att glida längs den svagt lutande botten på shelfen och att strömma ännu snabbare nedför den brantare kontinentalsluttningen. … Var dessa bottenströmmar tillräckligt starka för att ha grävt de undervattensgravar som nu diskuteras?
Daly’s hypotes gjorde precis vad hypoteser ska göra – den ledde till ytterligare forskning, vilket konstaterades i inledningen av den berömda uppsatsen av Heezen och Ewing (1952) om jordbävningen och turbiditetsströmmen i Grand Banks:
Stimulerade av Dalys (1936) hypotes om att täthetsströmmar (turbiditetsströmmar) skapade de undervattenssklyftor som delar kontinentalmarginalerna, genomförde Stetson och Smith (1937), Kuenen (1937, 1947, 1948, 1950) och Bell (1942) tankförsök som ledde till slutsatsen att turbiditetsströmmar inte bara är möjliga i det moderna havet utan också är viktiga transportmedel.
Vetenskap!
Vet vi allt som finns att veta om bildandet av undervattensklyftor? Absolut inte. Det finns så mycket mer att lära om dessa system. Att förstå turbiditetsströmmar och de undervattenslandskap som de bildar är svårt att studera eftersom dessa processer (1) sker i djuphavet där det är storleksordningar svårare/kostsammare att göra direkta mätningar och (2) sker sällan jämfört med människans tidsskalor, med återkomstintervall på hundratals till tusentals år. Numeriska och fysiska (flume) experiment förbättras stadigt men har fortfarande en bit kvar att gå. Det är viktigt att förstå dessa system eftersom det är de största ansamlingarna av detritus på jorden; de är ett arkiv över bergsbildning, klimatförändringar och, på nyare tidskalor, antropogen påverkan på överföringen av material från land till hav.
Jag tycker om att läsa dessa gamla artiklar eftersom de visar att vi har gjort framsteg. Det är värt att då och då ta ett stort steg tillbaka och läsa om de banbrytande artiklarna inom ditt område.
Reginald Aldworth Daly (1936). Origin of submarine canyons American Journal of Science
*Bilder: (1) skärmdump av titel och sammanfattning av Daly (1936); (2) 1897 års konturkarta över Monterey ”Submerged Valley” som publicerades av George Davidson i Proceedings of Calif. Acad. of Sciences. Med tillstånd av NOAA Photo Library; (3) Bathymetrisk karta över Hudson Shelf Valley / USGS; (4) Konstnärlig återgivning av en turbiditetsström / Open University; (5) Karta över Hueneme submarine canyon / USGS
*
* Daly är mer känd för sina bidrag till förståelsen av ursprunget av magmatiska bergarter och tidiga idéer om plattektonik.
^* Detta citat, och mycket mer om kartläggning av havsbotten från denna sida på Penn State; se även denna SERC-sida om kartläggning av havsbotten.
*