Mäktiga översvämningar har skapat djupa kanjoner på jorden. Ny forskning tyder på att detta kan ha krävt mindre kraft än vad man tidigare trott. Att samla in sådana uppgifter, dock, kan vara krävande.

"Vi applicerade så mycket kraft att flotten nästan vek ihop sig som en mussla, säger Willem van der Bilt.

Han minns en lugn septemberdag på norra Island 2018. Vid en liten sjö som heter Ástjörn, han och en kollega stod på en flotte bestående av en metallplattform ovanpå en gummibåt. En tredje kollega hade skickats till land, medan de två forskarna från Bjerknes Center for Climate Research och Institutionen för geovetenskap vid universitetet i Bergen kämpade för att slutföra sitt jobb.

Under dem, ett plaströr hade pressats fem meter ner i sjösedimenten, tillräckligt djupt för att skära igenom fem tusen år av avsatt lera och sand. Tillräckligt djupt för att sitta fast.

Det här var den sortens arbete de hade gjort många gånger tidigare. Sedimentprover från havets botten och från sjöar är en av de viktigaste datakällorna för paleoklimatologer. Lager på lager, lera och ruttnande växter lägger sig på botten, det äldsta materialet längst ner och yngre materialet ovanpå – att bygga ett arkiv över allt vattnet har rymt i tusentals år.

Den här gången, förhållandena var ovanliga. Röret satt fast i vulkanisk aska, och metallflotten stönade och stönade.

"Vi tryckte på sedimentkärnan med en bildomkraft, medan vi oroligt tittar på strandlinjen och frågar oss själva:kan vi simma tillräckligt snabbt för att nå den, " säger Willem van der Bilt. "Det var ganska skrämmande."

Hittade rester av megafloder

Med ett ryck, röret med kärnan kom ut, och flotten höll. Deras ansträngning var inte förgäves. Inuti röret, de hittade bevis på tre stora översvämningar som har förändrat landskapet mer drastiskt än vad de hade makten att göra. Översvämningarna var stora, men inte så jättebra.

Resultaten publicerades i tidskriftenCommunications Earth &Environmenttoday, av Willem van der Bilt och kollegor från Bjerknes Center for Climate Research, universitetet i Bergen, Manchester Metropolitan University, Royal Netherlands Institute for Sea Research, Utrecht University och Liverpool John Moores University.

Forskarna drar slutsatsen att djupa kanjoner och raviner kan ha bildats av mindre omfattande översvämningar än man tidigare trott. Som en implikation, rinnande vatten kan också göra mer skada än vad man tror. Detta gör resultaten viktiga långt utanför en glesbefolkad region på norra Island.

Sjön vid floden

Ástjörn var inte en del av deras ursprungliga resplan. Willem van der Bilt kallar det ett sidoprojekt av ett sidoprojekt. Forskarna var på norra Island för att göra fältarbete för ett annat projekt. De hade slutfört jobbet när de kom över den här lilla sjön på kartan.

När idén väl hade planterats, de hade ingen anledning att inte åka dit. De körde redan runt med flera meter långa kärnborrningsutrustning på taket av sin bil.

Ástjörn ligger nedströms ett av de mäktigaste vattenfallen i Europa, Dettifoss, i floden Jökulsá á Fjöllum. Namnet betyder glaciärflod från bergen. Genom djupa kanjoner, denna flod leder smältvatten från norra sidan av Europas näst största glaciär, Vatnajökull, till havet på norra sidan av Island. Genom tiderna, virvlande flodvatten har huggit ut raviner, på sina ställen nästan hundra meters djup.

Men Ástjörn är inte en del av älven, det var därför det lockade Willem van der Bilt. Sjöarna de redan hade undersökt, matas regelbundet med smältvatten från Vatnajökull. Ástjörn ligger på en platå vid sidan av och ovanför Jökulsá á Fjöllum, skild från flodslätten av en hög huvudvägg.

"Det föll mig att om floden skulle svämma över, översvämningssediment skulle samlas i sjön, " säger han. "Först efteråt insåg vi att det här är en viktig forskningsmiljö om ett visst ämne:megafloder på Island."

Barriären som blockerar infarten till Ástjörn ligger 30 meter ovanför älvslätten. Inte ens de mest energiska vårfloderna når så högt. vulkaner, bryta isdammar och spola glaciärvatten behövs. En översvämning som inträffar en gång vart tusende år kräver ajökulhlaup.

Översvämningar från isen

Om det hade funnits människor på Island för 3500 år sedan, de kan ha märkt vit rök över Vatnajökull. Vattenånga steg och kondenserade till moln av små droppar. timmar, dagar eller veckor senare, röken hade blivit grå, och stora asklumpar lade sig i en fördjupning i isytan.

Glaciärer är inte orörliga, och för Vatnajökull, inte heller marken nedanför. Det finns aktiva vulkaner, och under utbrott smälter värmen ovanför glaciärisen. Enorma sjöar byggs upp, uppdämd av glaciären. Vattennivån stiger, och när isdammarna så småningom går sönder, vatten forsar ner genom floderna. Sådana översvämningar kallas glaciärsjöutbrott, eller genom deras isländska namn, jökulhlaup, som om själva glaciären kom springande nedför berget.

Vattenflödet kan pågå i några timmar eller dagar. Detta hände för 3500 år sedan och flera gånger före och efter — totalt tillräckligt för att skära ut kanjonen som delar landskapet kring Jökulsá á Fjöllum.

Om översvämningen är riktigt stor, vatten kan passera barriären på norra sidan av Ástjörn.

Som cement

Tillbaka i labbet i Bergen, Willem van der Bilt öppnade sedimentkärnan och delade den i två halvor. Tre olika, gråa lager kunde ses mellan silt, sand och rester av växter.

"Det såg ut som cement, " säger han. "Vi kunde direkt se att det här var översvämningssediment."

Översvämningssedimenten är fint damm, mark från den vulkaniska berggrunden under Vatnajökull. Laboratorieanalyser visade att de hamnade i Ástjörn vid översvämningar ca 1350, 1500 och 3500 år sedan.

Paleoforskare använder ofta kol för att datera gammalt material. På Island, koldatering är komplicerat. Vulkanerna spyr ut CO ₂ i luften, och när omgivningen tar upp kol från denna gas, tidslinjen är störd. Men vulkanutbrott kan också användas som tidmätare.

I sedimenten i Ástjörn fanns små glaspartiklar som kunde spåras till specifika, dokumenterade utbrott på Island. Att floden hade svämmat över dessa tre gånger, var redan känt, men de vulkaniska partiklarna gjorde det möjligt att bestämma tiden mer exakt.

En isländsk Mississippi

Eftersom de hade hittat sediment från dessa gigantiska översvämningar i den normalt frånkopplade sjön Ástjörn, de kunde beräkna mängden vatten som hade huggit ut kanjonen i Jökulsá á Fjöllum. Siffran de kom fram till, var betydligt mindre än vad som tidigare antagits.

Även om Ástjörn och dess omgivningar var nytt territorium för Willem van der Bilt, han upptäckte snart att andra vetenskapsmän redan hade undersökt översvämningarna och kanjonerna i Jökulsá á Fjöllum. Hydrologiska simuleringar av översvämningsnivåer i floden existerade, och det var känt när olika delar av de djupa ravinerna hade bildats. Under de mest extrema översvämningarna, kanjonen har grävts ut så intensivt att platsen för Dettifoss-vattenfallet har flyttat sig långt uppåt i floden. Sådana ändringar hade daterats.

Översvämningssimuleringar som gjorts tillgängliga, visade att vatten rinner in i Ástjörn när utsläppet i älven når 20 000 kubikmeter per sekund, ungefär lika mycket som i Mississippi eller Brahmaputra. Sådana översvämningar hade dumpat de cementliknande sediment som forskarna hade hittat – översvämningar som var tillräckligt stora för att tillåta vatten att passera tröskeln på sjöns norra sida.

Om utsläppet överstiger 130 000 kubikmeter per sekund, vatten kan även komma in i Ástjörn från söder. Ett kraftfullt vattenfall skulle då spola bort det mesta av sedimenten som redan finns där. Några tecken på en sådan händelse sågs inte under de fem tusen år av data som täcktes av denna sedimentkärna.

Således, Willem van der Bilt och hans kollegor kunde dra slutsatsen att de tre översvämningarna, i sina mest våldsamma sekunder, hade fört mellan 20000 och 130000 kubikmeter vatten genom ravinerna Jökulsá á Fjöllum.

Det är mindre än en tredjedel av de tidigare uppskattningarna av den ström som krävs för att skapa dessa raviner. Självklart, vattnet har skurat mer effektivt än antagit.

Vatten blir en slipmaskin

När sjöarna nedanför Vatnajökull bryter igenom isdammen, inte bara vatten, men också massor av sand och lera rinner ner i flodbädden.

"Floden fungerar som sandpapper, " förklarar Willem van der Bilt.

Den drivande sanden gör att översvämningsvatten kan mala bort mer sten än rent vatten kunde ha gjort.

Vilken typ av mineral som möter vattnet, spelar också roll. I Jökulsá á Fjöllum har lavan stelnat till basaltpelare. När enorma mängder vatten rinner runt och ovanför dessa kolonner, de går sönder, välter och dras iväg av strömmen. På det här sättet, kanjoner och raviner huggas ut snabbare än de skulle göra om berggrunden skulle eroderas korn för korn.

Willem van der Bilts fynd bekräftar vad datorsimuleringar har visat de senaste åren. Det behövs mindre vatten än vad som antagits för att göra betydande märken i landskapet. Detta har också observerats vid säsongsbetonade översvämningar. Denna studie är den första som dokumenterar att det också är fallet för megafloder som bara inträffar en gång per millennium.

Som en annan planet

"Utan växterna, Island skulle nästan se ut som Mars, säger Willem van der Bilt.

Ástjörn är omgiven av betesmark, björk och pil, men under det gröna täcket, landskapet liknar vår grannplanet. Kanjonerna på Mars är tecken på ett förflutet med megafloder, händelser vi måste jämföra med floder på jorden för att veta omfattningen av.

"Jag skulle älska att åka till Mars på fältarbete, men jag ser inte det hända snart, Willem van der Bilt skrattar.

Island kan nås på några timmar. Det finns få platser i världen där geologer kan komma närmare naturens krafter. Översvämningar av den omfattning som beskrivs i den nya studien, förekommer trots allt så ofta som ett på tusen år. Det går inte många decennier mellan de mindre översvämningarna från Vatnajökull, och 1996 inträffade en ganska stor översvämning. Men även om vattnet kom nära 1725, översvämningar har aldrig nått Ástjörn under historisk tid.

Willem van der Bilts megafloder är märken i en sedimentkärna och siffror från en datormodell. Torra rester av vatten som en gång rann. Att se en riktig megaflod från en helikopter vore något annat. Så, om det inträffade igen?

"Jag skulle gå, " säger han. "Från säkerheten för ett flygplan, och att veta att människor på marken är utom fara, Jag skulle gärna se en del av handlingen. Jag skulle gå helt."