Sandstenen Torridon i nordvästra Skottland bevarar sex kilometer flodsediment från prekambrisk tid. Men vilken typ av geologiska händelser kunde sätta sina spår för forskare att hitta 1 miljard år senare?

Spännande nog, det var inte stora översvämningar eller dramatiska kursförändringar – mestadels bara den vanliga krypningen av sanddyner över flodens botten. Faktiskt, bara några månaders värde.

Denna vanlighet i flodavlagringar, eller flodskikt, har förbryllat geologer under större delen av ett sekel. Med tanke på hur lite av en flods historia bevaras, forskare tycker att det är konstigt att uppgifter om det vanliga dominerar, snarare än bevis på de mest extrema händelserna. Ny forskning publicerad i tidskriften Geofysiska forskningsbrev , avslöjar de processer som till slut kan förklara denna gåta.

Studien ledd av Vamsi Ganti, en biträdande professor i geomorfologi vid UC Santa Barbara, berör en av de äldsta debatterna inom geologiområdet:katastrofism kontra uniformitarism. Det är, om det geologiska rekordet tenderar att påverkas mer av stort, sällsynta händelser eller av små men vanliga händelser.

När det gäller flodavlagringar, katastrof har ett ganska intuitivt argument. "Om sannolikheten att någon händelse bevaras är låg, då borde det som bevaras vara speciellt på något sätt, " förklarade Ganti. Men, forskare finner att detta helt enkelt inte är sant, även om mindre än 0,0001 % av förfluten tid bevaras.

"Det är anledningen till att vi kallar detta den märkliga vanligheten i fluvskikt, sa Ganti, "för det är konstigt att bevarade händelser är så vanliga även om tidsbevarandet är så extraordinärt."

Flodmorfologi tenderar att självorganisera sig i en hierarki av nivåer, som Ganti och hans kollegor trodde var nyckeln till att förstå denna märkliga vanlighet. Krusningar och sanddyner rör sig över flodbottnar i storleksordningen minuter och timmar. Förflyttning av sandstänger sker under månader och år, medan floder slingrar sig och hoppar över sina stränder över år och århundraden. I den mest extrema änden, havsnivåförändringar kan påskynda erosion eller främja sedimentation under loppet av årtusenden.

Lyckligtvis, forskare förstår hur vart och ett av dessa fenomen uppträder i den stratigrafiska posten baserat på moderna observationer. Det visar sig att dessa egenskaper varierar i storlek från tum höga krusningar till havsnivåinducerad erosion som kan skura hundratals meter av sediment.

Ganti och hans kollegor byggde en probabilistisk modell för att testa deras hypotes. De fann att om alla flodprocesser sker i samma skala, endast de mest extrema händelserna bevaras. Dock, så snart de införde en hierarki, sediment från vanliga processer började fylla i erosionen orsakad av fenomen en nivå högre.

Mysteriet var löst. "Så länge du har en hierarkisk organisation i floddynamik, dina skikt kommer att vara vanliga, sa Ganti.

Forskare har känt till dessa olika hierarkiska nivåer i flodmorfologi under ganska lång tid, men ingen hade direkt kopplat dem till det vanliga i flodlagren förrän nu, Ganti förklarade. Innan dessa resultat, Sedimentologer var lite som tidiga biologer som visste om taxonomi - arter, släkten, familjer, etc. – utan att förstå evolutionsteorin som förklarar dynamiken som förbinder dem.

Händelser på en nivå kan bygga upp sediment – ​​i så fall bevaras de – eller så kan de erodera bort sediment, som sedan kommer att fyllas i av vanliga händelser en nivå lägre. Så, medan vissa extrema händelser är bevarade, vanliga fenomen dominerar den stratigrafiska posten.

Ganti insåg också att de relativa tidsramar under vilka nivåerna utvecklas avgör vad som bevaras. Till exempel, ta den relativa hastigheten för flodmigrering kontra avulsion, eller hur ofta floden hoppar över sina stränder. "Om din migration är snabb och din avulsion sällsynt, sedan fortsätter du att omarbeta dina insättningar, " förklarade Ganti. Dessa system tenderar att bevara endast de mest extrema kanalhöjderna. "Men, när du har en avulsion, du kan inte omarbeta den insättningen längre eftersom du har hoppat till en ny plats."

Med denna förståelse, forskare kan nu använda strata för att jämföra hur snabbt varje nivå utvecklades när en flod faktiskt var aktiv. Faktiskt, resultaten stärker slutsatserna från Gantis tidigare studie, där han hade visat att prekambriska floder kunde ha liknat den enkanaliga, slingrande floder vi känner idag.

Forskare hade länge tvivlat på detta eftersom det inte fanns några bevis bevarade i det stratigrafiska dokumentet. Många hävdade att sådana floder skulle ha behövt växter för att säkra sina stränder, och landväxter hade ännu inte utvecklats. Men istället för att inte ha någon migration, i sanning är det troligt att dessa floder slingrade sig så ofta att deras skikt hela tiden raderades ut. Verkligen, andra forskare har funnit att floder i ovegeterade landskap migrerar 10 gånger snabbare än floder med vegetation.

Gantis fynd har också konsekvenser för den moderna världen, där klimatförändringar och höjning av havsnivån förändrar beteendet hos stora flodsystem. För att förstå vår framtid, många forskare tittar på avlagringar från floder under paleocen-eocen termiska maximum, när medeltemperaturen plötsligt hoppade 5 till 8 grader Celsius, jämförbar med moderna klimatförändringar. Bevis tyder på att floder var mer rörliga då, och nu har vi verktygen för att avgöra varför.

"Vi vet att sedimenttillförseln till floder förändras på grund av mänskliga inducerade förändringar. Men vad vi inte vet är vilken bana vi skickar floder på på lång sikt, sa Ganti.

"Ska vi bara öka migrationshastigheterna? Kommer vi att göra avulsionerna mer frekventa? Denna skillnad spelar roll, eftersom det bestämmer översvämningshistorien och var du utvecklas under de kommande årtiondena och århundradena."