Sedimentary Patterns on the Continental Slope of the Pará-Maranhão Sedimentary Basin (Brazilian Equatorial Margin)

Onder de golven van de Atlantische Oceaan, ver buiten het bereik van het zonlicht, ligt een uitgestrekt, hellend landschap waar het vaste land van het continent overgaat in de diepe zee. Deze onderzeese helling is geen statische bodem, maar een dynamische lopende band, voortdurend gevormd door de beweging van water en de regen van sediment van bovenaf. Om te begrijpen hoe deze diepzeeomgeving werkt, bestuderen wetenschappers de lagen modder en zand die daar in de loop der tijd worden opgehoopt. Deze lagen fungeren als een historisch verslag, waarin aanwijzingen worden bewaard over waar het materiaal vandaan kwam, hoe het reisde en welke krachten het bewogen. Door de korrelgrootte, de hoeveelheid organisch materiaal en de chemische samenstelling van deze sedimenten te onderzoeken, kunnen onderzoekers de onzichtbare stromingen en oude gebeurtenissen reconstrueren die de oceaanbodem hebben gevormd. Deze kennis is niet alleen essentieel voor het begrijpen van de klimaatgeschiedenis van de Aarde, maar ook voor het begrijpen van de complexe interacties tussen enorme riviersystemen, oceaanstromingen en de diepe zee.

In de Braziliaanse Equatoriale Margen, een regio van groeiend economisch en ecologisch belang, bestond er een specifieke kenniskloof met betrekking tot de bovenste continentale helling van het Pará-Maranhão bekken. Ho hoewel wetenschappers soortgelijke gebieden in andere delen van Brazilië hadden bestudeerd, bleven de sedimentaire processen in dit specifieke sector onduidelijk. Een team van onderzoekers zette zich in om deze kloof te vullen door de recente sedimenten op deze helling te analyseren. Ze verzamelden twee lange, cilindrische monsters van de oceaanbodem, bekend als pistonkernen, op dieptes van 2.350 meter en 2.700 meter. Deze kernen, die in essentie verticale sneden zijn van de geschiedenis van de zeebodem, werden naar een laboratorium gebracht waar ze zorgvuldig werden doorgesneden, gewassen en gedroogd. De onderzoekers maten vervolgens nauwgezet de grootte van de deeltjes in de monsters, telden de hoeveelheid calciumcarbonaat en bepaalden hoeveel organisch materiaal aanwezig was. Hun doel was om de reis van het sediment te traceren en de energie van de omgeving te begrijpen die het heeft afgezet.

De resultaten onthulden een wereld die gedomineerd wordt door fijne, modderige sedimenten. In de eerste kern, genomen van de ondiepere van de twee locaties, bestond het materiaal voornamelijk uit slib, dat ongeveer 80 procent van het monster uitmaakte, met zand en klei als de rest. De tweede kern, van een iets diepere locatie, was nog fijner, waarbij slib 91 procent van de samenstelling uitmaakte. De onderzoekers ontdekten dat deze sedimenten opmerkelijk goed gesorteerd waren, wat betekent dat de korrels zeer vergelijkbaar zijn in grootte, een kenmerk dat suggereert dat ze werden verplaatst en afgezet door consistente, gestage krachten in plaats van chaotische, gewelddadige gebeurtenissen. De kleuren van de modder varieerden van lichtbruin tot donkerrood en grijs, wat duidt op verschillende chemische omstandigheden terwijl de lagen werden gevormd, maar de textuur bleef consistent modderig door de lagen heen. Deze uniformiteit wijst op een omgeving met een lage energie waar fijne deeltjes konden bezinken en gedurende lange perioden ongestoord konden blijven liggen.

Naast de fysieke textuur vertelde de chemische samenstelling van de modder een verhaal over de oorsprong ervan. De monsters bevatten verrassend hoge niveaus van organisch materiaal, met een gemiddelde van ongeveer 15 procent in de eerste kern en 13 procent in de tweede. Dit is significant omdat organisch materiaal meestal afbreekt of verdund wordt naarmate het verder van de kust reist. De aanwezigheid van zulke hoge hoeveelheden suggereert dat grote blokken sediment, rijk aan leven en plantaardig materiaal, waarschijnlijk direct van de continentale plaat naar de diepe helling zijn getransporteerd, misschien door in één enkele gebeurtenis naar beneden te glijden in plaats van eeuwenlang langzaam naar beneden te druppelen. In contrast hiermee was de hoeveelheid calciumcarbonaat, die vaak afkomstig is van de schelpen van kleine mariene dieren, zeer laag, met een gemiddelde van slechts 6 procent in de eerste kern en 2 procent in de tweede. Deze schaarste geeft aan dat de diepe helling wordt overspoeld door een massale instroom van landmateriaal, wat de mariene componenten verdunt.

De onderzoekers herleidden de bron van dit overweldigende volume modder naar de Andes, duizenden kilometers verderop. Zij concludeerden dat ongeveer 90 procent van het sediment op deze helling afkomstig is uit de Andes hooglanden, door de Amazone naar de Atlantische Oceaan gedragen. De reis van dit materiaal is een complexe estafette waarbij verschillende krachtige krachten betrokken zijn. De Amazone voert een kolossale hoeveelheid water en zwevend stof in de oceaan af. Eenmaal in de zee voert de Noord-Brazilië-stroom dit materiaal langs de kust, terwijl diepe, koude stromingen, bekend als North Atlantic Deep Water, onder het sediment door stromen en helpen bij de distributie ervan. De passaatwinden en de verschuivende positie van de Intertropische Convergentiezone, een band van regen en stormen nabij de evenaar, moduleren deze stromingen verder. Samen fungeren deze krachten als een gigantisch transportsysteem, dat het Andesstof vanuit de riviermonding over de continentale plaat verplaatst en uiteindelijk op de diepe helling afzet.

Uiteindelijk schetst de studie een beeld van een diepzeehelling die constant wordt gevoed door de verre Andes. De fijne, modderige lagen gevonden op de oceaanbodem zijn het resultaat van een delicaat evenwicht tussen de massale aanvoer van door de rivier meegebracht sediment en de krachtige oceaanstromingen die het verplaatsen. De hoge niveaus van organisch materiaal suggereren dat de diepe zee hier niet alleen een stille begraafplaats voor deeltjes is, maar een plek waar materiaal van de plaat af en toe in grote, snelle uitbarstingen wordt geleverd. Door deze patronen te begrijpen, krijgen wetenschappers een duidelijker beeld van hoe de Braziliaanse Equatoriale Margen als systeem functioneert, waarbij de geologie van de Andes wordt verbonden met de chemie van de diepe Atlantische Oceaan. De bevindingen bevestigen dat de Amazone de primaire architect van dit onderzeese landschap is, die de helling vormgeeft door een continue, krachtige stroom van aarde en water die al millennia lang in gang is gezet.