Analyse van sediment onthult dat de opkomst van planten niet de overgang van gevlochten naar meanderende rivieren heeft veroorzaakt

Een nieuw onderzoek van Stanford daagt het decennialange idee uit dat de opkomst van landplanten een halve miljard jaar geleden de vormen van rivieren dramatisch veranderde.

Rivieren komen doorgaans in twee stijlen voor: gevlochten, waar meerdere kanalen rondom zandbanken vloeien, en meanderend, waar een enkel kanaal S-vormige bochten door het landschap snijdt. Geologen hebben lange tijd gedacht dat rivieren vóór de vegetatie voornamelijk in gevlochten patronen stroomden en pas meanderende vormen aannamen nadat het plantenleven zich vestigde en de rivieroevers stabiliseerde.

Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Science, suggereert dat de theorie dat gevlochten rivieren de eerste 4 miljard jaar van de aardgeschiedenis domineerden, gebaseerd is op een verkeerde interpretatie van de geologische gegevens. Het onderzoek toont aan dat niet-gevegeteerde meanderende rivieren sedimentaire afzettingen kunnen achterlaten die bedrieglijk vergelijkbaar zijn met die van gevlochten rivieren. Deze onderscheiding is cruciaal voor ons begrip van de vroege ecologie en het klimaat van de aarde, aangezien het type rivier bepaalt hoe lang sediment, koolstof en voedingsstoffen in de overstromingsvlakten worden opgeslagen.

“Met onze studie dagen we het algemeen aanvaarde verhaal uit over hoe landschappen eruitzagen toen het plantenleven zich voor het eerst op het land ontwikkelde,” zegt hoofdauteur Michael Hasson, een Ph.D. student in het lab van Mathieu Lapôtre aan de Stanford Doerr School of Sustainability. “We herschrijven het verhaal van de onderlinge relatie tussen planten en rivieren, wat een belangrijke herziening van ons begrip van de geschiedenis van de aarde is.”

De modderige overstromingsvlakten van meanderende rivieren—dynamische ecosystemen die in de loop van duizenden jaren door rivieroverstromingen zijn gevormd—zijn enkele van de meest voorkomende niet-mariene koolstofreservoirs op onze planeet. Koolstofniveaus in de atmosfeer, in de vorm van koolstofdioxide, fungeren als de thermostaat van de aarde, die de temperatuur over enorme tijdschalen reguleert.

Een nauwkeurige schatting van de koolstofreserves die door meanderende rivieren worden gecreëerd, zou wetenschappers kunnen helpen om meer uitgebreide modellen van het oude en toekomstige klimaat van de aarde op te bouwen. “Overstromingsvlakten spelen een belangrijke rol bij het bepalen hoe, wanneer en of koolstof wordt begraven of weer in de atmosfeer wordt vrijgegeven,” zegt Hasson. “Op basis van dit werk betogen we dat de koolstofopslag in overstromingsvlakten veel langer gebruikelijk zou zijn geweest dan het klassieke paradigma dat veronderstelt dat meanderende rivieren alleen in de afgelopen honderden miljoenen jaren voorkwamen.”

Rivieren door de tijd

Om de impact van vegetatie op rivierkanaalpatronen te beoordelen, onderzochten de onderzoekers satellietbeelden van ongeveer 4.500 bochten in 49 hedendaagse meanderende rivieren. Ongeveer de helft van de rivieren was niet-gevegeteerd en de andere helft was dicht of gedeeltelijk begroeid.

De onderzoekers concentreerden zich op puntbanken—de zandige landvormen die zich ontwikkelen aan de binnenbochten van meanderende rivieren wanneer de waterstroom sedimenten afzet. In tegenstelling tot de zandbanken die zich in het midden van gevlochten rivieren vormen, hebben puntbanken de neiging om zijwaarts weg te migreren van de centra van rivieren. In de loop van de tijd draagt deze migratie bij aan de karakteristieke golvende kanaalvormen van meanderende rivieren.

Geologen hebben decennialang de trajecten van banken in de gesteentelaag gemeten om oude rivierpaden te onthullen. De gesteenten, meestal van zandsteen en schalie, bieden bewijs voor verschillende rivierstijlen, omdat elke stijl verschillende soorten en hoeveelheden sediment afzet, wat geologen aanwijzingen geeft voor het reconstrueren van lang geleden bestaande riviergeometrieën.

Als zandstenen weinig variatie vertoonden in de hoek van bankmigratie, interpreteerden geologen de banken als zich stroomafwaarts verplaatsend, en concludeerden ze dat een gevlochten rivier de afzettingen had gecreëerd. Met deze techniek merkten geologen op dat rivieren hun gedrag veranderden rond de tijd dat planten zich voor het eerst op aarde ontwikkelden. Deze observatie leidde tot de conclusie dat landplanten het mogelijk maakten voor rivieren om te meanderen, bijvoorbeeld door sediment vast te houden en de rivieroevers te stabiliseren.

“In ons artikel tonen we aan dat deze conclusie—die tot op de dag van vandaag in alle geologiecurricula wordt onderwezen—waarschijnlijk onjuist is,” zegt Lapôtre, de senior auteur van het artikel en assistent-professor in de aarde- en planeetwetenschappen aan de Doerr School of Sustainability. Door naar moderne rivieren met een breed scala aan vegetatiebedekking te kijken, toonden de onderzoekers aan dat planten consequent de richting van de migratie van puntbanken veranderen. Specifiek, in afwezigheid van vegetatie, hebben puntbanken de neiging om stroomafwaarts te migreren—zoals mid-kanaal banken dat doen in gevlochten rivieren.

“Met andere woorden, we tonen aan dat, als men dezelfde criteria zou gebruiken die geologen gebruiken voor oude gesteenten op moderne rivieren, meanderende rivieren verkeerd gecategoriseerd zouden worden als gevlochten rivieren,” aldus Lapôtre.

De bevindingen bieden een uitdagend nieuw inzicht in de vroegere eonen van de aarde, en zetten het conventionele beeld van hoe rivieren continenten hebben gevormd op zijn kop. Indien inderdaad koolstofrijke overstromingsvlakten in de geschiedenis veel uitgebreider zijn afgezet, moeten wetenschappers mogelijk modellen van grote natuurlijke klimaatveranderingen door de tijd heen herzien, met implicaties voor ons begrip van de voortdurende klimaatverandering.

“Het begrijpen van hoe onze planeet zal reageren op door de mens veroorzaakte klimaatverandering hangt af van het hebben van een nauwkeurige basislijn voor hoe het heeft gereageerd op eerdere verstoringen,” zegt Hasson. “De gesteentelaag biedt die basislijn, maar is alleen nuttig als we deze nauwkeurig interpreteren. We stellen voor dat een belangrijke controle op de koolstofcyclus—waar koolstof wordt opgeslagen en hoe lang, afhankelijk van het type rivier en de creatie van overstromingsvlakten—nog niet volledig begrepen is,” voegde hij eraan toe. “Onze studie wijst nu de weg naar betere beoordelingen.”