Durch die Erosion der Topographie der Erde werden Sedimente in Flüssen mitgerissen, die über Berge, Schluchten und andere natürlich steile Landschaften innerhalb des Einzugsgebiets fließen. Dieser Schlick, Sand und Kies wird unterschiedlich transportiert, indem er in der Wassersäule suspendiert wird, entlang des Flussbetts hüpft (Salzbildung) oder größere Kieselsteine rollt (Traktion). Mit einer Verlangsamung der Wassergeschwindigkeit und damit der Tragfähigkeit, da sich die Topographie abflacht, lagert sich dieses Material fächerförmig an der Flussmündung auf der flacheren Ebene des Hangbruchs ab und wird mit zunehmender Entfernung von der Quelle zunehmend feinkörniger .
Monsune, saisonale Klimaphänomene, die extreme Nässe und Trockenheit verursachen, können die Entwicklung von Schwemmkegeln beeinflussen, indem sie das Volumen und die Geschwindigkeit des Wassers sowohl für die Erosion des Einzugsgebiets als auch für den Sedimenttransport erhöhen und so die Entwicklung größerer Schwemmkegel fördern. Diese Aggradation wurde in neuen Forschungen mit Kräften aus den Umlaufzyklen der Erde in Verbindung gebracht veröffentlicht In Rezensionen zur Quartärwissenschaft.
Dr. Sam Woor von der Universität Oxford und Kollegen untersuchten Schwemmkegel in den trockenen Hadschar-Bergen im Südosten Arabiens, die zwischen 0,01 km2 und 10.000 km2 groß waren und auf das mittlere bis späte Quartär (bis vor etwa 770.000 Jahren) datiert wurden. . Konkret wollten die Wissenschaftler die Zusammenhänge zwischen alluvialer Fächersedimentation und Monsun-Niederschlagsmustern bestimmen, die von geologischen Zeitskalen von etwa 23.000 Jahren (Präzession, das „Wackeln“ der Erdachse) und etwa 100.000 Jahren (Exzentrizität, der Wechsel zwischen kreisförmigen und elliptischen Umlaufbahnen) beeinflusst werden.
Das Forschungsteam sammelte Proben an acht Standorten entlang von Gebirgskegeln (Bajadas) und Talfüllungen, einschließlich des Kanals von Wadi Sahtan in der Nähe von Rustaq, Oman, wo Flusseinschnitte 20 m tiefe Flusssedimente aus Schlick bis hin zu großen Kieselsteinen freilegen Schwemmkegel bei Dhank und Ibri, beide ebenfalls im Oman, die sich bis in das ausgedehnte Vorlandbecken erstrecken und verschmelzen.
Im Labor wurden die Proben mit Säuren behandelt, um Carbonate und organisches Material zu entfernen, bevor mittelgrobe Quarzkörner für die Verwendung in einer Technik isoliert wurden, die als optisch stimulierte Lumineszenz bekannt ist. Dieser Prozess beruht auf dem radioaktiven Signal von Elementen im Kristall (wie Uran, Thorium und Kalium), die sich ansammeln, sobald der Quarz vergraben und vor dem Sonnenlicht geschützt wird.
Durch die Radioaktivität wandern Elektronen innerhalb der Quarzkristalle und bleiben in der Struktur hängen. Wenn die Kristalle im Labor stimuliertem Licht ausgesetzt werden, können die Wissenschaftler das von ihnen zurückemittierte Licht messen und die Anzahl der eingefangenen Elektronen und damit die Strahlungsmenge abschätzen, der sie ausgesetzt waren, und so das Alter der alluvialen Aggradation bestimmen. Wichtig ist, dass die Wissenschaftler ihre Proben sowohl während der Entnahme als auch im Labor vor Sonnenlicht schützen mussten, um dieses Signal nicht zurückzusetzen, was dazu führte, dass sie unter orangefarbenen Lichtbedingungen arbeiteten.
Dr. Woor und Kollegen stellten einen Zusammenhang zwischen Korngröße und Klimamustern fest, wobei grobe Konglomerate aus Gesteinsfragmenten, eingebettet in eine feinere Matrix, dicke Auenablagerungen bilden, die typisch für starke Niederschlagsereignisse während des Sommermonsuns im Indischen Ozean sind. Es wurde festgestellt, dass diese mit Präzessionsmaxima zusammenfallen, was dazu führt, dass die saisonalen Kontraste auf einer Hemisphäre im Vergleich zur anderen extremer sind.
Umgekehrt fielen alluviale Fächerproben, die aus Zeiten kurzlebiger Strömung mit feinem Schluffsand, Laminierungen und Bioturbation von Organismen entnommen wurden, mit Präzessionsminima zusammen. In den letzten 400.000 Jahren wurde in zehn Perioden eine anhaltende hydrologische Aktivität festgestellt, die jeweils weitgehend mit Präzessions- und Exzentrizitätsspitzen zusammenfiel.
Der älteste Standort (OM20/6) im Probengebiet wurde auf die Zeit vor 300.000–370.000 Jahren datiert, wobei schlammige Paläoböden (alte Böden) auf saisonale Überschwemmungen in einer Überschwemmungsebene hinweisen, die von Konglomeraten durchzogen ist, die bei Ereignissen mit hohem Abfluss verflochtene Bäche bilden. Dies fällt mit einer Zwischeneiszeit auf der Nordhalbkugel zusammen sowie mit Aufzeichnungen von Speläothemen (charakteristische Höhlenformationen, die aus Grundwassermineralablagerungen entstanden sind) in der Hoti-Höhle im Oman, die auf verstärkte Niederschläge hinweisen.
Vor ca. 156.000 Jahren konservierte am Standort OM20/12 ein Konglomerat, das durch hochenergetische Flussströmungen abgelagert wurde, und dokumentiert Fächeraggradation. Die nächsten Phasen der Schwemmkegelaggradation werden vor ca. 132.000, ca. 105.000, ca. 89.000, ca. 67.000, ca. 45.000, ca. 25.000, ca. 7.000 und ca. 2.000 Jahren aufgezeichnet (mit einer mittleren relativen Unsicherheit von ±10.700 Jahren). Die Wissenschaftler gehen daher davon aus, dass zwischen den Sommermonsunereignissen im Indischen Ozean in trockenen Bedingungen eine physikalische Verwitterung der Landschaft stattfindet, die anschließend durch starke Regenfälle während der Klimaereignisse mobilisiert wird und gröberkörnige Sedimente in immer größer werdenden Schwemmkegeln ablagert.
Zusätzlich zum oben genannten Präzessionszyklus hätten Interglazialperioden in 100.000-Jahres-Zyklen die Meeresoberflächentemperatur und damit die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre erhöht, der aus dem Indischen Ozean verdunstete, was zu einem weiteren Anstieg der Niederschläge geführt hätte. Das Übereinanderprägen dieser beiden Orbitalzyklen hatte offenbar einen viel größeren Einfluss auf das Erdklima, da die Entwässerungsnetze selbst auf geringfügige Zunahmen der Niederschläge unglaublich empfindlich reagierten.
Diese Forschung bietet einen wichtigen Einblick in die Klimavariabilität einer trockenen Region während des Quartärs und zeigt, dass viel größere Faktoren eine Rolle spielen, um die lokalen Umweltbedingungen zu beeinflussen.
Mehr Informationen:
Sam Woor et al., Die Aggradation von Schwemmkegeln als Reaktion auf die Monsunvariabilität in den letzten 400.000 Jahren im Hajar-Gebirge im Südosten Arabiens, Rezensionen zur Quartärwissenschaft (2023). DOI: 10.1016/j.quascirev.2023.108384
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