Tokovi motnosti so bili v preteklosti opisani kot hitro tekoči tokovi, ki pometajo podmorske kanjone in nosijo pesek in blato v globoko morje. Toda nov dokument v Nature Communications kaže, da tokovi motnosti vključujejo tudi obsežne premike morskega dna, namesto da so sestavljeni samo iz morske vode, polne usedlin, ki teče po morskem dnu. To dramatično odkritje, ki je rezultat 18-mesečne večinstitucionalne študije kanjona Monterey, bi lahko oceanskim inženirjem pomagalo preprečiti poškodbe cevovodov, komunikacijskih kablov in drugih struktur morskega dna.
Geologi poznajo tokove motnosti vsaj od leta 1929, ko je velik potres sprožil silovit tok, ki je prepotoval več sto kilometrov in poškodoval 12 čezatlantskih komunikacijskih kablov. Tokovi motnosti so še danes grožnja, saj ljudje na morsko dno postavljajo vse več kablov, cevovodov in drugih struktur. Tokovi motnosti so pomembni tudi za naftne geologe, ker za seboj puščajo plasti usedline, ki sestavljajo nekatere največje zaloge nafte na svetu.
Kljub skoraj stoletju raziskav so se geologi trudili priti do konceptualnega modela, ki podrobno opisuje, kako nastajajo in se razvijajo tokovi motnosti. Koordinirani eksperiment v kanjonu je bil delno zasnovan za rešitev te razprave. Med to 18-mesečno študijo so raziskovalci z Inštituta za raziskovanje akvarija Monterey Bay (MBARI), Geološkega zavoda ZDA, Univerze v Hullu, Nacionalnega centra za oceanografijo, Univerze v Southamptonu, Univerze v Durhamu in Univerze Ocean Kitajci so združili svoje strokovno znanje in opremo za spremljanje 50 kilometrov dolgega (31 milj) odseka kanjona Monterey v podrobnostih brez primere.
Med poskusom so raziskovalci postavili več kot 50 različnih instrumentov na sedem različnih lokacij v kanjonu in opravili podrobne meritve med 15 različnimi tokovi motnosti. Skoraj vsi tokovi so se začeli blizu vrha kanjona v vodi, globini manj kot 300 metrov (1000 čevljev). Ko so se začeli, so tokovi potovali vsaj nekaj kilometrov navzdol po kanjonu. Trije največji tokovi so prepotovali več kot 50 kilometrov in šli mimo najgloblje opazovalne postaje v kanjonu na globini 1850 metrov (6000 čevljev).
Ta obsežen raziskovalni program je pokazal, da tokovi motnosti v kanjonu Monterey vključujejo gibanje z vodo nasičenih usedlin in vode, polne sedimentov. Kot je opisano v nedavnem dokumentu Nature Communications, je najpomembnejši del procesa gosta plast usedline, nasičene z vodo, ki se hitro premika po dnu in ponovno mobilizira zgornjih nekaj metrov že obstoječega morskega dna.
To se zelo razlikuje od prejšnjih konceptualnih modelov tokov motnosti, ki so se osredotočali na tokove motne vode, polne usedlin, ki potuje nad morskim dnom. Avtorji nedavnega prispevka so med dogodki motnosti opazili oblake vode, obremenjene s sedimenti, vendar predlagajo, da so to sekundarne značilnosti, ki nastanejo, ko se impulz nasičenih usedlin zmeša v morsko vodo, ki leži zgoraj.
"Celoten ta eksperiment je bil poskus, da bi izvedeli, kaj se dogaja na dnu kanjona," je dejal Charlie Paull, morski geolog MBARI in prvi avtor nedavnega članka. "Leta smo videli, kako se instrumenti na dnu premikajo na nepričakovane načine, in sumili smo, da se morsko dno morda premika. Zdaj imamo resnične podatke, ki kažejo, kdaj, kje in kako se to zgodi." Med instrumenti, uporabljenimi v poskusu, so bili merilniki toka, nameščeni na sedmih privezih, razporejenih vzdolž dna kanjona. Ko so analizirali podatke iz teh instrumentov in merili čas, potreben za potovanje tokov med privezi, so raziskovalci presenečeni ugotovili, da se zdi, da tokovi potujejo po kanjonu s hitrostmi, večjimi od dejanskih izmerjenih vodnih tokov.
Čeprav bi nagibanje in druga gibanja merilnikov toka lahko pojasnila nekatere od teh opazovanj, so znanstveniki na koncu ugotovili, da njihovih instrumentov ne premikajo samo tokovi motne vode, ki teče nad morskim dnom.
Raziskovalci so v morsko dno postavili tudi senzorje velikosti žogice za plažo, imenovane bentoški detektorji dogodkov (BED). BED so bili zasnovani tako, da jih prenašajo tokovi motnosti, medtem ko nosijo instrumente, ki so beležili njihovo globino, vodoravno in navpično gibanje ter vrtenje. Drugi senzorji gibanja so bili nameščeni na velike jeklene okvirje, težke do 800 kilogramov (1.760 funtov). Ti so bili zasnovani tako, da ostanejo nepremični, medtem ko tokovi tečejo okoli njih.
Vendar so tako postelje kot težke okvirje med močnimi motnostmi odnesli daleč navzdol po kanjonu. Pravzaprav so težki, nerodno oblikovani okvirji instrumentov pogosto potovali prav tako hitro kot razmeroma lahke, poenostavljene BED.
Raziskovalci so opazili tudi velike peščene valove, do dva metra (6.5 metrov) visok, na tleh kanjona. Ponavljajoče se raziskave dna so pokazale, da so se ti peščeni valovi med motnostjo močno premaknili in preoblikovali zgornja dva do tri metre morskega dna. Toda raziskovalci še vedno niso bili prepričani, kako je prišlo do tega preoblikovanja.
Podatki iz BED so bili pomemben namig. Med številnimi dogodki se BED-ji niso samo premaknili po kanjonu v globlje vode, ampak so potovali tako hitro ali hitreje kot nad vodo. Pomikali so se tudi gor in dol znotraj toka za kar tri metre v rednih presledkih.
Raziskovalci so ugotovili, da namesto da bi jih močan tok "vlekel" po dnu, je njihove instrumente "splavila" gosta plast usedline, nasičene z vodo. Domnevali so, da so se gibanja BED navzgor in navzdol pojavila, ko so instrumenti potovali po posameznih peščenih valovih. Kot je dejal Paull, "BED-ji so zagotovili bistveno jedro novih podatkov, ki so nam omogočili, da prvič razumemo gibanje morskega dna."
"Učbeniki in prizadevanja za modeliranje so se tradicionalno osredotočala na razredčene tokove vode s usedlinami po dnu," je dodal Paull. "Toda zdaj vemo, da so razredčeni tokovi le del enačbe. Izkazalo se je, da so zadnji konec procesa, ki se v resnici začne na morskem dnu."
