Cuando surge una marea costera, puede revelar hermosas ondas en la arena temporalmente expuesta. Estos mismos patrones ondulados también se pueden ver en la antigüedad, fondos marinos petrificados que han sido expuestos en varias partes del mundo y preservados durante millones o incluso miles de millones de años.

Los geólogos buscan en las antiguas ondas de arena pistas sobre las condiciones ambientales en las que se formaron. Por ejemplo, el espacio entre las ondas es proporcional a la profundidad del agua y al tamaño de las ondas que moldearon las ondas subyacentes.

Pero las ondas de arena no siempre son perfectamente paralelas, copias al carbón unas de otras, y puede mostrar varias torceduras y espirales. ¿Pueden estos más sutiles, ¿Las desviaciones o defectos aparentemente aleatorios nos dicen algo sobre las condiciones en las que se formó un lecho marino arenoso?

La respuesta, según investigadores del MIT y otros lugares, Es sí. En un artículo publicado en línea y que aparece en la edición del 1 de octubre de Geología , el equipo informa que algunos defectos comunes encontrados en los fondos marinos antiguos y modernos están asociados con ciertas condiciones de las olas. En particular, sus hallazgos sugieren que los defectos de ondulación que se asemejan a los relojes de arena, zigzags y los diapasones probablemente se formaron en períodos de cambio ambiental, por ejemplo, durante fuertes tormentas, o cambios significativos en los flujos de las mareas.

"El tipo de defecto que ves en las ondas podría indicarte cuán dramáticos fueron los cambios en las condiciones climáticas en ese momento, "dice Taylor Perron, profesor asociado de geología y jefe asociado del Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias (EAPS). "Podemos usar estos defectos como huellas dactilares para decir no solo cuáles fueron las condiciones promedio en el pasado, sino cómo iban cambiando las cosas ".

Los defectos de ondulación en los lechos de arena antiguos también pueden influir en la forma en que fluyen los fluidos a través de las rocas sedimentarias, incluidos los depósitos subterráneos que contienen agua, petróleo y gas, o incluso dióxido de carbono almacenado, según Perron.

Además, él dice, los patrones de ondulación en la arena moderna actúan para dar aspereza al lecho marino, ralentizando las corrientes oceánicas cerca de la costa. Por lo tanto, saber cómo cambian las ondas en respuesta a los cambios de las olas y las mareas puede ayudar a predecir la erosión e inundaciones costeras.

Los coautores de Perron en el artículo son la ex estudiante graduada del MIT Kimberly Huppert '11, Doctor. '17, ex estudiante de pregrado y postdoctorado actual Abigail Koss '12, Paul Myrow de Colorado College, y el ex estudiante Andrew Wickert '08 de la Universidad de Minnesota.

Arrugas conservadas

El equipo comenzó a investigar la importancia de los defectos de ondulación hace varios años, cuando Myrow, que en ese momento estaba pasando su año sabático en el MIT, mostró a Perron algunas fotos que había tomado de rocas sedimentarias grabadas con ondulaciones y surcos. Las rocas eran De hecho, antiguos lechos de arena que tenían cientos de millones de años.

Las ondas esculpidas por ondas se forman cuando las ondas viajan a través de la superficie de un cuerpo de líquido. Estas ondas hacen que el agua debajo de la superficie dé vueltas y vueltas, generando flujos oscilantes que recogen los granos de arena y los depositan en un proceso que eventualmente crea canales y surcos en todo el lecho de arena.

Pero, ¿cómo podrían conservarse patrones tan delicados durante millones de años? Perron dice que varios procesos podrían esencialmente establecer ondas en su lugar. Por ejemplo, si el nivel del agua bajó repentinamente, podría dejar las ondas de un lecho de arena expuestas al aire, secándolos y endureciéndolos hasta cierto punto, de modo que mantuvieron sus patrones incluso cuando más sedimentos se acumularon lentamente sobre ellos durante miles de millones de años.

Similar, si un sedimento más fino como lodo o limo cubre un lecho de arena, como después de una gran tormenta, estos sedimentos podrían cubrir las ondas existentes. Como explica Perron, esto esencialmente los "blindaría, evitar que las olas erosionen las ondas antes de que más sedimentos las entierren ". Con el tiempo, los sedimentos se convierten en rocas cuando se entierran profundamente por debajo de la superficie de la Tierra. Más tarde, la roca que cubre las ondas puede erosionarse naturalmente, exponiendo de nuevo las ondas conservadas en la superficie.

Al mirar fotos de ondas de arena, Perron y Myrow notaron pequeños defectos que se asemejan a diapasones, zigzags y relojes de arena, a través de lechos de arena antiguos y modernos.

"La gente ha notado estos defectos antes, pero nos preguntamos ¿Son simplemente aleatorios? ¿O realmente contienen alguna información? ", dice Perron.

Remando a través de las olas

Los investigadores se propusieron estudiar las diversas condiciones de las olas que generan ciertos patrones de ondulación y defectos. Para hacer esto, construyeron un tanque de olas de acrílico que mide 60 centímetros de ancho, 50 centímetros de profundidad, y 7 metros de largo. En un extremo del tanque, le colocaron una paleta accionada por motor, que se movía de un lado a otro para generar ondas que viajaban a través del tanque.

En el otro extremo del tanque, erigieron una "playa" en pendiente artificial cubierta con una malla de polímero. Esta configuración sirvió para minimizar los reflejos de las olas:cuando una ola se estrelló contra la playa artificial, la energía se disipó dentro de la malla en lugar de salpicar e influir en las olas que se aproximaban.

El equipo llenó el tanque con un lecho de arena fina de 5 centímetros de espesor y suficiente agua para alcanzar los 40 centímetros de profundidad. Para cada experimento, ponen la paleta para que se mueva hacia adelante y hacia atrás a una distancia constante, y registró el lecho de arena a medida que se formaban ondas. En un cierto punto, observaron que las ondas, y en particular, el espacio entre las ondas:alcanza un establo, patrón consistente. Registraron este espaciado, junto con la velocidad y amplitud del remo, y luego, más de 32 ejecuciones experimentales, ya sea aumentado o disminuido el movimiento de la paleta, provocando que las ondas se transformen nuevamente en un espaciado más ancho o más estrecho.

Curiosamente, ellos encontraron que, en el proceso de ajuste a un nuevo espaciado, ondulaciones formaron defectos intermedios que se asemejan a zigzags, relojes de arena, y diapasones, dependiendo de las condiciones de oleaje establecidas por la paleta del tanque.

A medida que los investigadores acortaron el movimiento de ida y vuelta de la paleta, esto creó ondas más cortas, ondulaciones más estrechas, y patrones que parecían relojes de arena. Si el movimiento de la paleta se acorta aún más, creando más rápido, ondas más cortas:un patrón de "crestas secundarias, "en el que las ondas existentes parecían formar ondas temporales de" sombra "a cada lado, se hizo cargo. Cuando los investigadores ampliaron el movimiento de la paleta, generando ondas más largas, las ondas formaron patrones en zigzag a medida que se desplazaban hacia un espacio más amplio.

"Si ve este tipo de defectos en la naturaleza, sostenemos que el lecho marino estaba experimentando algún tipo de cambio en las condiciones climáticas, mareas u otra cosa que afectó la profundidad del agua o las olas, probablemente en el transcurso de horas o días, "Dice Perron." Por ejemplo, si ves muchas crestas secundarias, se puede decir que hubo un cambio bastante grande en las olas en lugar de un cambio más pequeño, que podría darte relojes de arena en su lugar ".

Los investigadores observaron que en todos los escenarios, aparecieron patrones que se asemejaban a diapasones, incluso después de que las ondas hubieran alcanzado un nuevo, espaciado estable.

"Estos diapasones tienden a quedarse mucho tiempo, "Dice Perron." Si ves estos en roca moderna o antigua, sugieren que un fondo marino experimentó un cambio, pero luego las condiciones se mantuvieron estables, y la cama tardó mucho en adaptarse ".

Avanzando, Perron dice que los geólogos pueden usar los resultados del equipo como un modelo para conectar ciertos defectos de ondulación con las condiciones del agua que pueden haberlos creado. tanto en el entorno moderno como en el pasado antiguo.

"Creemos que estos pequeños defectos pueden decirle mucho más sobre un entorno antiguo que solo cuál era el tamaño promedio de las olas y la profundidad del agua, "Dice Perron." Podrían decirte si se trataba de un entorno que tenía mareas lo suficientemente grandes como para cambiar las ondas tanto, o si un lugar sufría tormentas periódicas, incluso hace miles de millones de años. Y si encontramos ondas antiguas en Marte, sabremos leerlos ".