斯坦福大学的研究人员对海底峡谷进行了首次全球分析,这可能有助于研究火星地貌

海底峡谷是地球上最后的边疆。在海洋深处隐藏着成千上万令人惊叹的地质特征,但科学家们对火星表面的高分辨率图像要比地球的海底图像多。

蒙特雷峡谷是隐藏在海底的数千个海底峡谷之一。新的研究首次揭示了与陆地峡谷的明显区别。(图片来源:蒙特里湾水族馆研究所)

为了弄清这些神秘的水下特征,斯坦福大学的研究人员分析了来自海底数据在线资料库的一组全球图像。他们发现,海底峡谷的形成方式曾被认为与陆地上的峡谷相似,但实际上与横贯山脉的陆地峡谷有着根本的不同。这项研究发表在9月25日的《地质学》杂志网络版上。

“人们会说,‘哦,好吧,这两种系统之间并没有什么真正的区别,因为说到底,一条河流的流动和沉积物重力流的流动是一样的——它们只是在做同样的事情,’”该研究的主要作者、地质科学博士研究生斯蒂芬•多布斯说。“事实证明,情况未必如此。”

研究人员分析了多波束声纳数据,这些数据是由位于海床上方的船只或小型潜水器收集的,它们会发出用于绘制海底地图的声纳波。他们从全球多分辨率地形图合成(Global Multi-Resolution terrain synthesis)——一个开源在线存储库——获取了研究数据。多布斯说,在水下和地上峡谷中发现差异令人惊讶,因为在地图上,9000英尺水下的地层和9000英尺以上的峡谷是无法区分的。

多布斯说:“如果纯粹从定性的角度看,也就是从地图上看,它们看起来惊人地相似。“我们需要使用一种定量方法来实际测试这些系统是否不同。”

科学家们发现了海底峡谷的形状和轮廓的区别。在陆地上,巨大的洪水或山体滑坡往往会引发峡谷形状的重大变化。在水下,研究人员假设形成海底峡谷的过程是由极端陡峭、地震活动或大型冬季风暴造成的周期性山体滑坡,这些山体滑坡将大量沉积物从浅层大陆架引到海底。

多布斯说:“这都是前沿领域,我们实际上并不知道这些问题的答案。“现在我们有了所有这些测量数据,可以更准确地了解这些岩层形成的原因。”

从课堂到同行评议

这项由学生主导的研究源于2018年春季举行的一次探索海底峡谷的研究生研讨会。这次研讨会聚集了来自两个不同实验室的研究生——地质科学教授唐·洛和斯蒂芬·格雷厄姆。这项研究由地质科学教授乔治·希利和地质科学副教授蒂姆·麦查格指导,他们与劳和格雷厄姆一起,都是斯坦福大学地球沉积研究组的成员。

Hilley说,大多数人没有意识到富含沉积物的水可以腐蚀海底,更不用提这些水流在蒙特利海岸附近比大峡谷还深的地方刻下的特征。由于近年来已经收集了许多高分辨率的图像,教员们知道应该可以分析大量的水下特征样本。

Hilley说:“我们利用研讨会来回答这些密度流所产生的形式是否与河流所产生的形式具有相同的基本特征。”“通过使用真实数据提出这些问题,每个人都学会了如何用复杂的数据分析来阐述假设并证明它们是错误的。”

虽然这个项目偏离了研究生们的主要研究项目,但多布斯说,他很高兴这个团队在一年时间里完成了这个新课题。

应用程序到火星?

多布斯说,他对利用这些方法不仅了解地球上的地质,而且了解其他行星的前景感到兴奋。例如,它可以帮助研究人员了解火星地貌,因为火星地貌上布满了可能与地球峡谷相似的特征。这项研究还涉及依赖海洋的行业,包括通讯公司——它们的数据电缆可能被海底峡谷中的事件切断——以及海上能源和油气业务。

多布斯说:“这些东西对地球系统有巨大的影响,但人们从根本上还不了解它们。”“我们现在能够在严格的地貌意义上测量它们,并从中推断它们是如何形成的,以及它们如何影响我们的系统和周期。”

多布斯计划继续研究这些数据,以便更多地了解海底峡谷的形成和行为。

他说:“令我兴奋的是,虽然我热爱野外工作,但我们可以通过非常简单的工具发现新事物,这些工具对公众开放。”

来自斯坦福大学地质科学系的合著者包括马修·马尔科斯基(Matthew Malkowski),代理助理教授,以及贾里德·古利(Jared Gooley)、查亚万·贾克拉(Chayawan Jaikla)和科林·怀特(Colin White)等博士生。

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.stanford.edu/2019/10/08/global-analysis-submarine-canyons-may-shed-light-martian-landscapes/

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