Ubåtskajoner är en sista gräns på planeten jorden. Det finns tusentals av dessa hisnande geologiska särdrag gömda i havets djup – ändå har forskare fler högupplösta bilder av Mars yta än av jordens havsbotten.

I ett försök att kasta ljus över dessa mystiska undervattensdrag, Stanford-forskare analyserade en samling globala bilder från ett onlineförråd med data från havsbotten. De fann att ubåtskanjoner, som man trodde skulle bildas på ett sätt som liknar kanjoner på land, skiljer sig istället fundamentalt från de landbaserade ravinerna som skär genom stora sträckor av våra bergskedjor. Forskningen publicerades online i Geologi 25 september.

"Folk skulle säga, 'Jaja, det finns ingen verklig skillnad mellan de två systemen eftersom i slutet av dagen, en flod som flyter kontra ett sedimentgravitationsflöde som flödar – de kommer bara att göra samma sak, ", sa huvudförfattaren Stephen Dobbs, en Ph.D. kandidat i geologiska vetenskaper. "Och det visar sig att det inte nödvändigtvis är fallet."

Forskarna analyserade ekolodsdata med flera strålar, som samlas in av fartyg eller små undervattensfarkoster strax ovanför havsbotten som skickar en ekolodsvåg som används för att göra kartor över havsbotten. De skaffade data för studien från Global Multi-Resolution Topography-syntesen, ett onlineförråd med öppen källkod. Dobbs sa att det var överraskande att upptäcka skillnader i undervattens- och ovanjordiska kanjoner, sedan på en karta, formationer 9, 000 fot under vattnet kan inte skiljas från kanjoner som är 9, 000 fot över marken.

"När du ser från en rent kvalitativ mening - när du bara tittar på en karta - ser de chockerande lika ut, " sa Dobbs. "Vi behövde använda en kvantitativ metod för att faktiskt testa om det här är olika system."

Forskarna hittade distinktioner i formerna och profilerna hos ubåtskajoner. På mark, betydande förändringar i kanjonens form utlöses ofta av stora översvämningar eller jordskred. Under vatten, forskare antar att processer som bildar undervattensraviner är periodiska jordskred från extrema branter, seismisk aktivitet eller stora vinterstormar som leder mycket sediment från den grunda kontinentalsockeln.

"Det här är gränsöverskridande - vi vet faktiskt inte svaren på dessa saker, " Sa Dobbs. "Nu har vi alla dessa mätningar och vi kan mer träffande titta på vad som orsakar dessa formationer."

Från klassrum till kamratgranskning

Den studentledda forskningen växte fram ur ett doktorandseminarium som utforskade ubåtskajoner som hölls våren 2018. Kollokviet samlade doktorander från två olika laboratorier – de av geologiska vetenskapsprofessorerna Don Lowe och Stephan Graham. Forskningen vägleddes av medförfattarna George Hilley, professor i geologiska vetenskaper, och adjungerad professor i geologiska vetenskaper Tim McHargue, som båda ingår i Stanford Earths sedimentära forskningsgrupp tillsammans med Lowe och Graham.

Hilley sa att de flesta människor inte inser att sedimentfyllt vatten kan erodera havsbotten, strunta i det faktum att dessa flöden har skurna drag djupare än Grand Canyon precis utanför Montereys kust. Eftersom många högupplösta bilder har samlats in under de senaste åren, fakultetsmedlemmarna visste att det borde vara möjligt att analysera ett stort urval av undervattensfunktionerna.

"Vi använde seminariet som ett verktyg för att svara på om formerna som produceras av dessa täthetsflöden delar väsentliga egenskaper med de som produceras av floder, ", sa Hilley. "Genom att ställa dessa frågor med riktiga data, alla lärde sig hur man formulerar hypoteser och falsifierar dem med hjälp av sofistikerad dataanalys."

Även om projektet var en avvikelse från doktorandernas huvudsakliga forskningsprojekt, Dobbs sa att han var nöjd med hur mycket gruppen åstadkommit under ett år av att driva detta nya ämne.

Ansökan till Mars?

Dobbs sa att han är exalterad över möjligheten att använda dessa metoder för att förstå inte bara geologi på jorden utan också på andra planeter. Till exempel, det kan hjälpa forskare att förstå marslandskap, som är fyllda med funktioner som kan dela likheter med jordens kanjoner. Forskningen är också relevant för havsberoende industrier, inklusive kommunikationsföretag – vars datakablar kan skäras av av händelser i ubåtskajoner – såväl som offshore-energi- och olje- och gasverksamhet.

"Dessa saker har enorma effekter på jordens system och de förstås i grunden inte, " sa Dobbs. "Vi kan just nu faktiskt mäta dem i en rigorös geomorf mening och utifrån det, vi kan dra slutsatser om både hur de bildas och hur de påverkar våra system och våra cykler."

Dobbs planerar att fortsätta arbeta med denna datamängd för att lära sig mer om bildning och beteende av ubåtskanjoner.

"Det spännande för mig är att – samtidigt som jag älskar fältarbete – kan vi bokstavligen upptäcka nya saker med mycket enkla verktyg som är tillgängliga för allmänheten och öppen tillgång, " han sa.