2019-07-27 16:06:01
在海底峡谷的强流事件中沉积物如何移动和沉降

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一年几次,沙子,泥土和水的湍流水下脉冲扫过蒙特利峡谷的蜿蜒通道。就像陆地上的山洪一样,这些所谓的“浊流”在峡谷的地板上咆哮,留下了沉积物残留物。最近的一篇研究报告显示,这些事件往往会在峡谷下方50公里(31英里)处携带沙粒大小的粒子,并将相同大小的粒子留在海底。这一发现有点令人惊讶,因为峡谷下部的电流比上部区域的电流慢得多。

MBARI地质学家及其合作者的新论文也为地质学家提供了他们对潜艇峡谷强流事件中沉积物如何移动和沉降的第一次定量重复测量。

蒙特雷峡谷的浊流在海面看不见,除了峡谷中的科学仪器外很少造成损害。然而,浊流会损坏或破坏其他峡谷中的海底电缆和管道。从全球的角度来看,这些水下流动非常重要,运输的沉积物几乎与陆地上的所有河流一样多。此外,数百万年来,沿海底峡谷运载的沉积物可能被压缩并变成固体岩石,有时形成大型石油和天然气沉积物的“储层”。

几十年来,地质学家一直试图通过观察他们留下的岩层来了解浊流。一些研究人员试图研究这些事件,但由于浑浊事件是如此难以预测,发生在深水中,并经常破坏科学仪器,这种努力充其量只是挑战。

从2015年到2017年,MBARI研究人员领导了一项为期18个月的多机构项目,称为协调峡谷实验(CCE),该项目记录了蒙特利峡谷大片段的多条浊流。 CCE可能是迄今为止在任何潜艇峡谷中进行过的最广泛的实地试验。该实验的目标之一是了解这些事件中的水流和沉积物运动如何与事件发生后留在海底的沉积物有关。

在最近发表在“地球科学前沿”杂志上的一篇论文中,前MBARI博士后研究员Katherine Maier和十几位合着者研究了CCE对水流,输送沉积物和海底沉积物沉积物的测量。

Maier评论说:“这篇论文提供了一个非常难得的机会,可以将沉积物密度流中输送的沉积物与同一流动事件中的当前速度和沉积物沉积物进行比较。将流动与其沉积物联系起来是一项长期的科学挑战,特别是在海底峡谷中。“

研究人员发现,流动事件后留在峡谷地面上的沙子的大小与在这些事件中沿着峡谷运输的沙子非常相似。

“这篇论文完全是关于沙子的,”该实验的首席科学家Charlie Paull说。

在整个实验过程中,研究人员使用悬浮在海底上方10米(33英尺)或更远处的“沉积物陷阱”收集沉积物。在浑浊事件期间,沉积物捕获的沙子就像在峡谷地板上发现的材料一样。 “这表明流中的沙子被搅动到周围的水中,”保尔说。 “但是,”他补充说,“这也可能表明沉积物陷阱被当前的横向拉动,并且不像我们想象的那样远离底部。”

在许多地质环境中,水流所承载的沉积物的大小反映了这些水流的速度 - 弱水流可以输送小颗粒的泥浆或淤泥,但更强的流动可以移动沙子,鹅卵石甚至是巨石。因此,论文中令人惊讶的发现之一是陷阱中沉积物的大小与浊度事件期间测量的电流速度无关。正如迈尔所指出的那样,“我们发现类似的沙子超过50公里的峡谷地面,尽管峡谷深处的流速要低得多。”

“这可能表明精细材料绕过峡谷的这一部分,或者可以在水柱中向上运输,”Paull说。 “这也表明大量的沉积物正在通过峡谷,但没有沉淀到底部并成为地质记录的一部分。”

文件中提供的数据最终可能与调查结果一样重要。 “这是迄今为止浊流中沉积物输送最广泛的测量结果。”保尔指出。 “对于试图制作这些事件中发生的事情的计算机模型的研究人员来说,它们将非常有用。”

迈尔赞同道,“我认为最近这篇论文中提到的CCE数据集部分将成为一个开创性的数据集。”

Maier回顾了收集这些数据所面临的挑战,他说:“即使是现在,在实验几年后,我仍然留下了深刻的印象,我们将它拉下来并检索了如此多的数据。这个实验,特别是沉积物陷阱,代表了一个主要的技术挑战和风险。但最终我们比我希望的更成功。“

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