Quando si alza una marea costiera, può rivelare bellissime increspature nella sabbia temporaneamente esposta. Questi stessi modelli ondulati possono essere visti anche negli antichi, fondali pietrificati che sono stati esposti in varie parti del mondo e conservati per milioni o addirittura miliardi di anni.

I geologi guardano alle antiche increspature della sabbia per trovare indizi sulle condizioni ambientali in cui si sono formate. Ad esempio, la distanza tra le increspature è proporzionale alla profondità dell'acqua e alla dimensione delle onde che hanno modellato le increspature sottostanti.

Ma le increspature della sabbia non sono sempre perfettamente parallele, copie carbone l'uno dell'altro, e può visualizzare vari nodi e sworls. Possono questi più sottili, deviazioni o difetti apparentemente casuali ci dicono qualcosa sulle condizioni in cui si è formato un fondale sabbioso?

La risposta, secondo i ricercatori del MIT e altrove, è sì. In un articolo pubblicato online e apparso nel numero del 1° ottobre di Geologia , il team riferisce che alcuni difetti comuni riscontrati nei fondali marini sia antichi che moderni sono associati a determinate condizioni delle onde. In particolare, i loro risultati suggeriscono che i difetti dell'ondulazione che ricordano le clessidre, zigzag, e i diapason sono stati probabilmente modellati in periodi di flusso ambientale, ad esempio, durante forti temporali, o cambiamenti significativi nei flussi di marea.

"Il tipo di difetto che vedi nelle increspature potrebbe dirti quanto fossero drammatici i cambiamenti nelle condizioni meteorologiche in quel momento, "dice Taylor Perron, professore associato di geologia e capo associato del Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS). "Possiamo usare questi difetti come impronte digitali per dire non solo quali erano le condizioni medie in passato, ma come stavano cambiando le cose».

I difetti di ripple negli antichi letti di sabbia possono anche influenzare il modo in cui i fluidi scorrono attraverso le rocce sedimentarie, compresi i serbatoi sotterranei che trattengono l'acqua, olio e gas, o addirittura anidride carbonica immagazzinata, secondo Perron.

Inoltre, lui dice, i modelli di increspature nella sabbia moderna agiscono per irruvidire il fondale marino, rallentando le correnti oceaniche vicino alla riva. Sapere come cambiano le increspature in risposta al cambiamento delle onde e delle maree può quindi aiutare a prevedere l'erosione costiera e le inondazioni.

I coautori di Perron sono sulla carta sono l'ex studentessa laureata del MIT Kimberly Huppert '11, dottorato di ricerca '17, ex studente universitario e attuale postdoc Abigail Koss '12, Paul Myrow del Colorado College, e l'ex studente universitario Andrew Wickert '08 dell'Università del Minnesota.

Rughe conservate

Il team ha iniziato a esaminare il significato dei difetti di ripple diversi anni fa, quando Myrow, che all'epoca stava trascorrendo il suo anno sabbatico al MIT, mostrò a Perron alcune foto che aveva scattato di rocce sedimentarie incise con increspature e solchi. Le rocce erano, infatti, antichi banchi di sabbia che avevano centinaia di milioni di anni.

Le increspature scolpite dalle onde si formano mentre le onde viaggiano attraverso la superficie di un corpo di liquido. Queste onde fanno sì che l'acqua sotto la superficie giri intorno e intorno, generando flussi oscillanti che raccolgono granelli di sabbia e li depositano in un processo che alla fine crea avvallamenti e solchi in tutto il letto di sabbia.

Ma come è possibile preservare modelli così delicati per milioni di anni? Perron afferma che vari processi potrebbero essenzialmente creare increspature. Ad esempio, se il livello dell'acqua scende improvvisamente, potrebbe lasciare le increspature di un letto di sabbia esposte all'aria, asciugandoli e indurendoli in una certa misura, in modo che mantengano i loro schemi anche se più sedimenti si sono lentamente stratificati su di loro per miliardi di anni.

Allo stesso modo, se un sedimento più fine come fango o limo copre un letto di sabbia, come dopo una grande tempesta, questi sedimenti potrebbero coprire le increspature esistenti. Come spiega Perron, questo essenzialmente li "coraggerebbe, impedendo alle onde di erodere le increspature prima che più sedimenti le seppelliscano". i sedimenti si trasformano in roccia mentre sono sepolti in profondità sotto la superficie terrestre. Dopo, la roccia che ricopre le increspature può naturalmente erodere, esponendo nuovamente le increspature conservate in superficie.

Nel guardare attraverso le foto delle increspature della sabbia, Perron e Myrow hanno notato piccoli difetti che ricordavano i diapason, zigzag, e clessidre, su fondali di sabbia sia antichi che moderni.

"La gente ha notato questi difetti prima, ma ci siamo chiesti, sono solo casuali, o contengono effettivamente alcune informazioni?" dice Perron.

Pagaiando tra le onde

I ricercatori hanno deciso di studiare le varie condizioni delle onde che generano determinati modelli di increspatura e difetti. Per fare questo, hanno costruito una vasca a onde in acrilico che misura 60 centimetri di larghezza, 50 centimetri di profondità, e lungo 7 metri. Ad un'estremità del serbatoio, attaccarono una pagaia a motore, che si muoveva avanti e indietro per generare onde che attraversavano il serbatoio.

All'altra estremità del serbatoio, hanno eretto una "spiaggia" artificiale in pendenza coperta da una rete polimerica. Questa configurazione è servita per ridurre al minimo i riflessi delle onde:quando un'onda si è schiantata sulla spiaggia artificiale, l'energia dissipata all'interno della maglia invece di schizzare indietro e influenzare le onde in arrivo.

Il team ha riempito il serbatoio con un letto di sabbia fine spesso 5 centimetri e acqua sufficiente per raggiungere i 40 centimetri di profondità. Per ogni esperimento, hanno impostato la pagaia per ondeggiare avanti e indietro a una distanza costante, e ha registrato il letto di sabbia mentre si formavano le increspature. Ad un certo punto, hanno osservato che le increspature - e in particolare, la distanza tra le increspature raggiunge una stalla, modello coerente. Hanno registrato questa spaziatura, insieme alla velocità e all'ampiezza della pagaia, poi, oltre 32 prove sperimentali, sia aumentato o diminuito il movimento della pagaia, facendo sì che le increspature si trasformino nuovamente in una spaziatura più ampia o più stretta.

interessante, hanno scoperto che, in procinto di adeguarsi a un nuovo distanziamento, le increspature formavano difetti intermedi simili a zigzag, clessidre, e diapason, a seconda delle condizioni d'onda impostate dalla pagaia della bombola.

Mentre i ricercatori hanno accorciato il movimento avanti e indietro della pagaia, questo ha creato onde più corte, increspature più strette, e modelli che sembravano clessidre. Se il movimento della pagaia è stato accorciato ulteriormente, creando più velocemente, onde più corte, uno schema di "creste secondarie, " in cui le increspature esistenti sembravano formare increspature "ombra" temporanee su entrambi i lati, ha preso il sopravvento. Quando i ricercatori hanno ampliato il movimento della pagaia, generando onde più lunghe, le increspature formavano schemi a zigzag mentre si spostavano a una distanza più ampia.

"Se vedi questi tipi di difetti in natura, sosteniamo che il fondale stava subendo una sorta di cambiamento delle condizioni meteorologiche, maree, o qualcos'altro che ha influito sulla profondità dell'acqua o sulle onde, probabilmente nel corso di ore o giorni, " Dice Perron. "Per esempio, se vedi molte creste secondarie, puoi dire che c'è stato un cambiamento piuttosto grande nelle onde rispetto a un cambiamento più piccolo, che potrebbe darti invece clessidre."

I ricercatori hanno osservato che in tutti gli scenari, modelli che assomigliano a diapason ritagliati, anche dopo che le increspature avevano raggiunto un nuovo, distanza stabile.

"Questi diapason tendono a restare a lungo, " Dice Perron. "Se li vedi nel rock moderno o antico, suggeriscono che un fondale marino ha subito un cambiamento, ma poi le condizioni sono rimaste stabili, e il letto ha avuto molto tempo per sistemarsi."

Andando avanti, Perron afferma che i geologi possono utilizzare i risultati del team come un progetto per collegare alcuni difetti di ripple con le condizioni dell'acqua che potrebbero averli creati, sia nell'ambiente moderno che nel passato antico.

"Pensiamo che questi piccoli difetti possano dirti molto di più su un ambiente antico di quanto fosse la dimensione media delle onde e la profondità dell'acqua, " Dice Perron. "Potrebbero dirti se era un ambiente con maree abbastanza grandi da cambiare le increspature di così tanto, o se un luogo stava vivendo tempeste periodiche, anche miliardi di anni fa. E se troviamo antiche increspature di onde su Marte, sapremo come leggerli."