Turbiditetsströmmar har historiskt beskrivits som snabbrörliga strömmar som sveper ner under ubåtskajoner, bära sand och lera ut i djuphavet. Men en ny tidning in Naturkommunikation visar att, snarare än att bara bestå av sedimentfyllt havsvatten som rinner över havsbotten, grumlighetsströmmar involverar också storskaliga rörelser av själva havsbotten. Denna dramatiska upptäckt, resultatet av en 18 månader lång, multiinstitutionell studie av Monterey Canyon, kan hjälpa havsingenjörer att undvika skador på rörledningar, kommunikationskablar, och andra havsbottenstrukturer.

Geologer har känt till grumlighetsströmmar sedan åtminstone 1929, när en stor jordbävning utlöste en våldsam ström som färdades flera hundra kilometer och skadade 12 transatlantiska kommunikationskablar. Grumlighetsströmmar är fortfarande ett hot idag, när människor lägger ut fler och fler kablar, rörledningar, och andra strukturer på havsbotten. Turbiditetsströmmar är också viktiga för petroleumgeologer eftersom de lämnar efter sig lager av sediment som utgör några av världens största oljereserver.

Trots nästan ett sekel av forskning, geologer har kämpat för att komma fram till en konceptuell modell som i detalj beskriver hur grumlighetsströmmar bildas och utvecklas. The Coordinated Canyon Experiment designades, till viss del, för att lösa denna debatt. Under denna 18 månader långa studie, forskare från Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), US Geological Survey, University of Hull, National Oceanography Centre, University of Southampton, University of Durham, och Ocean University of China kombinerade sin expertis och utrustning för att övervaka en 50 kilometer lång (31 mil) sträcka av Monterey Canyon i oöverträffad detalj.

Under experimentet, forskare placerade över 50 olika instrument på sju olika platser i kanjonen och gjorde detaljerade mätningar under 15 olika grumlighetsflöden. Nästan alla flöden började nära toppen av kanjonen i vatten mindre än cirka 300 meter (1, 000 fot) djupt. När den väl har initierats, flödena reste åtminstone flera kilometer ner i kanjonen. De tre största flödena reste över 50 kilometer, sveper förbi den djupaste övervakningsstationen i kanjonen på ett djup av 1, 850 meter (6, 000 fot).

Detta omfattande forskningsprogram visade att grumlighetsströmmar i Monterey Canyon involverar både rörelser av vattenmättat sediment och av sedimentladdat vatten. Som beskrivits i den senaste tiden Naturkommunikation papper, den viktigaste delen av processen är ett tätt skikt av vattenmättat sediment som snabbt rör sig över botten och återmobiliserar de övre metrarna av den redan existerande havsbotten.

Detta skiljer sig mycket från tidigare konceptuella modeller av grumlighetsströmmar, som fokuserade på flöden av grumliga, sedimentfyllt vatten som färdas över havsbotten. Författarna till den senaste artikeln observerade plymer av sedimentladdat vatten under grumlighetshändelser, men de antyder att dessa är sekundära egenskaper som bildas när pulsen av mättat sediment blandas in i det överliggande havsvattnet.

"Hela detta experiment var ett försök att lära sig vad som pågick längst ner i kanjonen, sa Charlie Paull, MBARI maringeolog och första författare till den senaste artikeln. "I åratal har vi sett instrument på botten röra sig på oväntade sätt, och vi misstänkte att havsbotten kunde röra sig. Nu har vi riktiga data som visar när, var, och hur detta händer." Bland instrumenten som användes i experimentet fanns strömmätare monterade på sju förtöjningar fördelade längs kanjonens botten. Analysera data från dessa instrument och mäta den tid det tog för flödena att färdas mellan förtöjningarna, forskarna blev förvånade över att finna att flödena verkade färdas nerför kanjonen med hastigheter högre än de faktiska uppmätta vattenströmmarna.

Även om lutning och andra rörelser av strömmätarna kan förklara några av dessa observationer, forskarna drog så småningom slutsatsen att deras instrument inte bara förflyttades av strömmar av grumligt vatten som flödade över havsbotten.

Forskarna placerade också sensorer i storleken på en strandboll som kallas bentiska händelsedetektorer (BEDs) i havsbotten. BED:arna var designade för att transporteras av grumlighetsflöden medan de bär instrument som registrerade deras djup, horisontell och vertikal rörelse, och rotation. Andra rörelsesensorer var monterade på stora, stålramar som väger upp till 800 kg (1, 760 pund). Dessa designades för att förbli stationära medan flödena passerade runt dem.

Dock, både BED:arna och de tunga ramarna bars långt ner i kanjonen under kraftiga grumlighetshändelser. Faktiskt, den tunga, besvärligt formade instrumentramar färdades ofta lika snabbt som de relativt lätta, strömlinjeformade bäddar.

Forskarna märkte också stora sandvågor, upp till två meter (6,5 fot) hög, på golvet i kanjonen. Upprepade bottenundersökningar visade att dessa sandvågor förändrades dramatiskt under grumlighetshändelser, omformning av de övre två till tre meter av havsbotten. Men forskarna var fortfarande inte säkra på exakt hur denna omformning inträffade.

Data från bäddarna gav en viktig ledtråd. Under många evenemang, bäddarna rörde sig inte bara nerför kanjonen till djupare vatten, men färdades lika fort eller snabbare än det överliggande vattnet. De rörde sig också upp och ner inom flödet så mycket som tre meter med jämna mellanrum.

Forskarna drog slutsatsen att snarare än att "dras" längs botten av en stark ström, deras instrument "flottades" av en tät, bottennära lager av vattenmättat sediment. De antog att upp-och-ned-rörelserna hos BED:erna inträffade när instrumenten färdades över individuella sandvågor. Som Paull noterade, "Bäddarna gav en viktig kärna av ny data som gjorde det möjligt för oss att förstå havsbottens rörelse för första gången."

"Läroböcker och modelleringsinsatser har traditionellt fokuserat på utspädda flöden av sedimentladdat vatten över botten, " Paull tillade. "Men vi vet nu att utspädda flöden är bara en del av ekvationen. Det visar sig att de är slutet på processen, som egentligen börjar vid havsbotten. "