古代天气条件的“指纹”

麻省理工学院研究人员发现，在沙子中产生的涟漪模式，并保存成千上百万年，可以揭示古代环境的线索。图片由研究人员提供

当沿海潮汐推出时，它可以透露暂时暴露的沙子露出美丽的涟漪。这些同样的起伏模式也可以在古老的石化海床上看到，这些海底在世界各地暴露并保存了数百万甚至数十亿年。

地质学家为古代沙涟漪寻找他们形成的环境条件的线索。例如，波纹之间的间距与水的深度成比例，并且模制潜在的波纹的波的尺寸。

但砂涟漪并不总是完全平行的，彼此的碳拷贝，并且可以显示各种扭结和SWORL。这些更微妙，看似随意的偏差或缺陷可以告诉我们一些含沙海底的条件吗？

根据MIT和其他地方的研究人员的说法，答案是肯定的。在在线发表的论文中，出现在10月1日的地质问题上，该团队报告说，古代和现代海底的一些常见缺陷与某些波条有关。特别地，他们的研究结果表明，类似于沙漏，曲折和调谐叉的纹波缺陷可能在环境助焊期间形成 - 例如，在强烈的风暴期间或潮汐流动的显着变化。

在实验室波坦克的沙子波纹的延时

“你在涟漪中看到的缺陷类型可以告诉你天气状况的班次在天气状况的转变，”地球业大气和行星科学部的地质部和副教授（EAP） 。“我们可以用这些缺陷作为指纹，以告诉不仅仅是过去的平均条件，而且如何变化。”

根据Perron的情况，古代砂床中的涟漪缺陷也可能影响流体如何流过沉积岩，包括覆盖水，油气，甚至储存二氧化碳的地下水库。

此外，他说，现代沙滩上的涟漪模式，以粗糙海底，减慢岸边的海洋电流。因此，知道涟漪如何改变换热波和潮汐可能有助于预测沿海侵蚀和洪水。

Perron的共同作者是本文的是前麻省理工学院毕业生金伯利·赫普珀特，博士，博士，前本科和当前的Molddoc Abigail Koss'12，Paul Myrow的Colorado College，以及明尼苏达大学的前本科andrew Wickert'08 。

皱纹保存

几年前，该团队开始探讨涟漪缺陷的重要性，当时当时在麻省理工学院休假时，佩雷斯在麻省理工学院休息，拍摄了一些照片，他已经采取了沉积岩石蚀刻涟漪和凹槽。事实上，岩石是数亿岁的古代砂浆。

波纹纹纹纹状体形式作为波浪穿过液体的表面。这些波在表面下方导致水周围圈出，产生振荡流动，振荡，拾取砂粒并将它们放在一个最终雕刻在整个砂浆中的槽和凹槽的过程中。

但是如何保存如此微妙的模式数百万年？珀罗说各种过程可以基本上设定涟漪。例如，如果水位突然下降，它可能会留下砂床的涟漪暴露在空气中，在某种程度上使它们烘干并使它们硬化，使得它们甚至保留了它们的模式，即使在它们上面缓慢分层沉积物慢慢层叠数十亿年。

同样，如果像泥浆或淤泥一样的更精细的沉积物覆盖着沙床，例如在大风暴之后，这些沉积物可以覆盖现有的涟漪。正如Perron解释的那样，这将基本上是“装甲它们，在更多沉积物埋葬它们之前保持波浪从涟漪侵蚀。”随着时间的推移，沉积物变成了岩石，因为它们被埋在地球表面深处。之后，覆盖涟漪的岩石可以自然地侵蚀，再次暴露表面处的保存的涟漪。

在透过砂涟漪的照片看，珀罗和肌肉注意到古老和现代砂床的调整叉子，曲折和沙漏的小缺陷。

“人们之前注意到了这些缺陷，但我们想知道，他们只是随机，还是他们实际上包含一些信息？”珀罗说。

划过波浪

研究人员列出了研究产生某些纹波模式和缺陷的各种波条件。为此，他们建造了一个丙烯酸波罐，测量了60厘米的宽度，50厘米深，长7米。在坦克的一端，它们附着一个电动机驱动的桨叶，其来回堵塞以产生行驶的波浪。

在坦克的另一端，他们​​竖立了一个在聚合物网上覆盖的人工倾斜的“海滩”。此设置服务可最大限度地减少任何波反射：当波浪撞到人造海滩上时，在网格内消散的能量而不是溅回来并影响迎面而来的波浪。

该团队用5厘米厚的细砂床和足够的水填充罐，深入达到40厘米。对于每个实验，它们将桨叶设置为在恒定距离处来回嗖嗖，并将沙床记录为形成的涟漪。在某种程度上，他们观察到涟漪 - 尤其，涟漪之间的间距 - 达到稳定，一致的图案。它们记录了这种间隔，以及桨的速度和幅度，然后超过32个实验运行，增加或减少桨叶的运动，导致涟漪再次变形以更宽或更窄的间隔。

有趣的是，他们发现，在调整新间距的过程中，涟漪形成了类似于曲折，沙漏和调谐叉的中间缺陷，这取决于坦克桨组的波条条件。

随着研究人员缩短了桨叶的前后运动，这种创造了更短的波浪，较窄的涟漪和类似沙漏的模式。如果桨叶的动作缩短了进一步的速度，那么较短的波浪 - 一种“二次波峰”的模式，其中现有的涟漪在任一侧形成临时的“阴影”涟漪，接管。当研究人员加宽桨叶的运动时，产生更长的波，涟漪形成锯齿形图案，因为它们转移到更宽的间距。

“如果您在大自然中看到这些类型的缺陷，我们认为海床正在经历某种改变天气条件，潮汐或影响水深或波浪的其他东西，可能在几小时或几天内，”珀朗说。“例如，如果你看到大量的次要波峰，你可以告诉波浪的较大变化而不是较小的变化，这可能会给你带来沙漏。”

研究人员观察到，在所有场景中，即使在涟漪达到了新的，稳定的间隔之后，类似于调整叉的模式。

“这些调整叉子倾向于很长一段时间，”珀罗说。“如果你在现代或古老的岩石中看到这些，他们建议海底经历了一个变化，但那么条件保持稳定，床有很长一段时间才能调整。”

展望未来，珀罗说，地质学家可以使用团队的结果作为蓝图，以将某些纹波缺陷与可能在现代环境和古代的过去创造的水条件连接。

“我们认为这些小缺陷可以告诉你更多关于古代环境的更多信息，而不仅仅是波浪和水深的平均大小，”珀朗说。“他们可以告诉你是否是一个有足够大的环境来改变涟漪的环境，或者如果一个地方正在经历周期性的风暴，甚至是数十亿多年前。如果我们在火星上找到古老的波浪涟漪，我们会知道如何阅读它们。“

这项研究部分得到了美国国家科学基金会的支持。

出版物：J. Taylor Perron等，“古老的变化流动从波纹波缺陷的记录，”2018; DOI：10.1130 / G45463.1