En av de mest slående egenskaperna på ön Santa Catalina, sydväst om Los Angeles, är en frånvaro. Till skillnad från stora delar av Kaliforniens kust och dess närmaste öar, Catalina saknar klippor som kliver upp och tillbaka från havet – rester av kustlinjer uthuggna när Stilla havet svallade högre än det gör idag och förkastningsrörelser hade ännu inte drivit denna del av kontinenten bortom vattnets räckhåll.

Istället, Catalinas gamla stränder ligger gömda under vågorna. Nu, ny forskning ledd av geofysiker vid Stanford University förklarar varför:medan de flesta öar i södra Kalifornien går uppåt, Catalina sjunker.

Forskare har diskuterat om Catalina håller på att stiga eller sjunka i mer än 100 år. Så sent som 2012, U.S. Geological Survey publicerade ett dokument som drog slutsatsen att ön snabbt lyfte sig. "Vi är direkt emot deras resultat, sa Chris Castillo, en doktorand i geofysik vid Stanford's School of Earth, Energy &Environmental Sciences (Stanford Earth) och huvudförfattare till den nya artikeln.

"När vi stannar upp och tänker på det, det är helt vettigt, " sa Stanford Earth geofysiker Simon Klemperer, tidningens seniorförfattare. Tänk dig en jätte, sidled-S-formad veck i den tektoniska plattgränsen utanför Kaliforniens kust. "När felen är lite krökta, sedan när tallrikarna glider förbi varandra, vissa bitar trycks upp och andra avtar, " sa Klemperer. "Halva tiden borde du förvänta dig att en ö skulle gå ner. Anledningen till att vi inte ser det är att de flesta av de avtagande öarna redan har gått under havsytan. Offshore, det finns ett gäng platta toppar, nedsänkta havsberg som brukade vara öar."

Uppenbarelsen är nyckeln till att förstå plattektonik och jordbävningsrisk i området kring San Andreas-förkastningen. "Om Catalina skulle ändra riktning och börja gå upp, " sa Castillo, "det skulle innebära en betydande omorganisation av fördelningen av tektonisk stress i södra Kalifornien." Och när tektonisk stress omfördelas, det kan påverka markrörelser och jordbävningar.

Forskningen, publicerad i den peer-reviewed Geological Society of America Bulletin, kommer mitt i växande brådskande att förstå detaljerna och förskjutningarna av gamla kustlinjer, eftersom låglänta kustsamhällen räknar med tätare översvämningar och accelererande havsnivåhöjning. Som Castillo uttryckte det, "Vi lever i en tid då strandlinjen förändras på oss igen."

Skicka in robotarna

De stora djupen av Catalinas terrasser har länge hållit dem utom räckhåll för forskare som försöker förstå rörelsen av jordskorpan längs det kontinentala gränslandet i södra Kalifornien. För att övervinna denna utmaning, forskarna skapade en karta över de marina terrasserna och deras interna geometri med hjälp av seismiska data, som går ut på att mäta hur ljudvågor studsar av strukturer under havsbottens yta. Sedan satte de in ett par fjärrstyrda fordon, eller ROV, kopplade till E/V Nautilus forskningsfartyg för att verifiera deras resultat.

Skicka instruktioner i realtid till Nautilus-besättningen från onshore-datorer, Castillo och Klemperer lotsade robotarna uppför öns branta, leriga sluttningar som börjar mer än en halv mil under havsytan. De fyllde ROV:arna till brädden med kärnor, ta prover och sediment som sugs upp från havsbotten.

Laboratorieanalys av proverna som de samlade in avslöjade så småningom hundratals snäckskal och fossiler bevarade i sediment nästan 1, 000 fot djupare än vattnet där arten är känd för att ha levt - bevis på att landet har sjunkit sedan tidpunkten för avlagringarna. Slät, rundade stenar som hittats långt utanför kusten i Catalinas äldsta, De djupaste terrasserna liknar dem som formas av vågor nära moderna stränder. Allt detta pekar på att terrasserna en gång har varit strandfastigheter.

Vad mer, koldatering av fossiler som samlats in från en terrass daterar dem tillbaka till den senaste istiden, som nästan exakt matchar när gruppens geofysiska kartor antydde att en del av ön skulle ha varit mycket närmare havsnivån, i det grunda vattnet där dessa organismer blomstrade.

Studien bygger på forskning som Castillo först presenterades 2015, vilket antydde att Catalina sjunker och lutar i en takt som kan sätta ön helt under vattnet inom 3 miljoner år. Nu, med ytterligare koldaterade fossila bevis som ingår i detta dokument, Klemperer sa:debatten om Catalinas uppgång eller fall bör avgöras. "Vi har absolut, 100 procent övertygelse om att ön för närvarande håller på att gå ner."

Lutar mot fastlandet

Forskningen visar att Catalina har sjunkit varje decennium i mer än en miljon år med minst åtta millimeter – ungefär fyra nickels höjd. Men den lutar också lite mot fastlandet, gör öns undervattensklippor brantare och brantare med tiden.

Processen ökar gradvis oddsen för att bitar av klippor kommer att falla i undervattensskred, som den nya forskningen visar har inträffat i Catalinas förflutna.

Dessa händelser intresserar forskare eftersom den snabba rörelsen av havsbottensediment och stenar i vissa fall kan orsaka tsunamier och orsaka förödelse på marin infrastruktur. Som ett resultat, Att förstå utlösande faktorer och dynamiken för undervattensskred kan belysa tsunamirisken för kustsamhällen såväl som hot mot djupvattenledningar för energi och undervattenskablar. Att studera nedsänkta jordskred kan till och med kasta ljus över Mars tidigare klimat, där avlagringar från jordskred analoga med dem på jorden kan ge ledtrådar om närvaron av is eller vatten.

En jordbävning med magnituden 5,3 – som är stark nog att flytta tunga möbler men inte skada byggnader – fick tusentals ton klippmaterial att glida nerför havsbotten från en av Catalinas grannöar i år. "Hade en större jordbävning inträffat, " sa Castillo, "kollapsen och de resulterande vågorna kan ha varit betydande för fastlandet." Dock, Castillo sa, eventuella tsunamier orsakade av ras vid Catalina i framtiden skulle vara små och extremt osannolika.

Bortom Catalina

Att förstå hur terrasser stiger och faller längs Kaliforniens kust har konsekvenser långt bortom lokala samhällen. Genom att zooma in och mäta meter för meter hur havsnivån har förändrats i förhållande till land på denna plats, med flera bevislinjer under en period på mer än en miljon år, arbetet kan hjälpa till att kalibrera havsnivåmodeller, förbättra förutsägelser om stigande hav och göra det möjligt för andra forskare att noggrant mäta upphöjningen eller sänkningen av jordskorpan utan kostnad för borrning och kärnborrning. Tänk på det som liknar medicinska diagnoser som nu kan göras med enbart bildbehandling, utan snitt för att förstå vad som ligger under huden.

"Att ha så många punkter på vägen som möjligt hjälper oss verkligen att ge oss en mer exakt bild av den globala havsnivån över tid, ", sa Castillo. "Om vi ​​vet hur man matematiskt modellerar vad som har hänt i det förflutna, då kan vi nog fortsätta med det i framtiden."