Watervallen zijn een sierlijk eerbetoon aan de natuurkrachten. Of ze nou kalmpjes omlaag stromen of spectaculair naar beneden donderen, deze waterconstructies zeggen iets over de dynamische krachten die vermoedelijk een belangrijke rol speelden bij hun ontstaan. Zo kunnen wetenschappers meer te weten komen over de geschiedenis van de omgeving.
Maar onlangs werd in een in Nature gepubliceerd artikel een nieuwe oorzaak geopperd voor het ontstaan van watervallen, waardoor enkele gangbare aannames van geologen in een ander licht komen te staan.
Tot nu toe gingen wetenschappers er vooral van uit dat externe factoren verantwoordelijk zijn voor de vorming van een waterval in een rivier. Het proces kan snel verlopen, zoals bijvoorbeeld wanneer er grote brokken grond verschuiven door een aardbeving, waarna er een verhoging ontstaat en het water naar beneden valt. Andere oorzaken zijn ijzingwekkend traag, zoals de stijging van de zeespiegel of de verschillende snelheden waarmee verschillende soorten gesteente eroderen.
Maar uit het nieuwe onderzoek blijkt dat er niet altijd van een grote verandering in het gesteente of een externe kracht sprake hoeft te zijn voor het ontstaan van zo'n duizelingwekkende cascade. Volgens de onderzoekers zou alleen al de turbulentie in een rivier voldoende kunnen zijn om diepe kuilen in het gelijkmatige rivierbed te laten ontstaan, waardoor zich spontaan watervallen vormen.
“Hierdoor blijkt het moeilijker dan we dachten om aan de hand van topografie en de aanwezigheid van watervallen iets te zeggen over veranderingen die zich in de loop van de geschiedenis op aarde hebben voorgedaan,” stelt auteur Joel Scheingross, die de studie deed in het kader van zijn promotieonderzoek aan het California Institute of Technology.
Hij waarschuwt dat het gaat om basaal onderzoek, dat beperkt bleef tot simulaties in het laboratorium. Maar hij stelt ook dat het werk aanleiding kan zijn om weer eens opnieuw te kijken naar de manier waarop wetenschappers de ontstaansfactoren van het landschap interpreteren.
“Dat is voor mij de allerbelangrijkste boodschap,” zegt Ben Crosby, een geomorfoloog van de Idaho State University die niet was betrokken bij het onderzoek. “Dit onderzoek steekt bij wijze van spreken zijn vinger op en zegt: ‘Wacht eens even. Deze fenomenen in het landschap worden niet noodzakelijkerwijs veroorzaakt door een externe of plaatselijke factor, ze kunnen ook vanzelf ontstaan.”
Een stroom aan bewijs
Door het nabootsen van rivieren in het laboratorium, ontdekten wetenschappers eerder al dat er dankzij bewegingen van het water poeltjes ontstaan waar het water golft. Sommigenopperden dat dergelijke poeltjes het startpunt zouden kunnen vormen voor watervallen. Scheingross en zijn collega's besloten dat idee te testen.
In de natuur gaat het om een uiterst langzaam proces: het tempo waarin het water het gesteente van de rivierbodem uitslijt is maar een fractie van de snelheid waarmee bijvoorbeeld je nagels groeien. Daarom gebruikten de onderzoekers een soort schuim (bismutsubsalicylaat polyurethaan om precies te zijn, wat lijkt op het steekschuim dat bloemisten ook gebruiken voor bloemstukken) om het systeem te modelleren. Dit materiaal erodeert snel, maar die snelheid is opmerkelijk genoeg goed te herleiden naar verschillende soorten gesteente.
“We hoefden zo geen tientallen of zelfs duizenden jaren te wachten voor deze experimenten. We konden ze uitvoeren binnen het tijdsbestek van een promotieonderzoek en de veranderingen in het laboratorium waarnemen,” aldus Scheingross, die inmiddels assistant professor is aan de University of Nevada in de Amerikaanse stad Reno.
Het team maakte een opstelling met een stuk schuim van ruim zeven meter lang en zo'n dertig centimeter breed met een vlak oppervlak. De strook werd vervolgens in een hellingsgraad van bijna 20 procent gezet, waarna het team er water en sediment over liet stromen. Dit steengruis was heel belangrijk voor de vorming van kanalen, vertelt Scheingross. In het stromende water werkt het als een soort schuurpapier, dat lagen van het onderliggende gesteente afschuurt.
Achter de waterval
Toen het watersysteem eenmaal in werking was, begon voor het team het wachten en observeren. Van tijd tot tijd werd de waterstroom stilgezet, om te kijken wat er was gebeurd. Binnen enkele minuten begon zich een kanaal in de vorm van een halve maan in het schuim uit te slijten. Vervolgens begon de oppervlakte te rimpelen. Er ontstonden stroomversnellingen en poeltjes, en op dat moment begon ook de ‘watervalmagie’.
Terwijl de poeltjes steeds dieper werden, bleef het water op sommige plekken zo lang staan dat het in het water aanwezige steengruis neersloeg. Hierdoor ontstond wat Scheingross en zijn collega's een zogenaamde ‘pantserlaag’ noemden: een bedekking van sediment of gruis dat het zachte schuim in het betreffende poeltje beschermde tegen erosie.
Uiteindelijk verzamelde zich zo veel sediment in het poeltje dat dit veranderde van een met water gevulde holte in een soort zanderige verhoging, met een rand waar water en sediment overheen stroomden. Het volgende poeltje daaronder moest het stellen zonder beschermlaag en begon wel te eroderen, waardoor er een verticale wand werd gevormd tussen de twee poeltjes: een waterval.
Crosby wijst er bovendien op dat die watervallen in stand bleven. Elke in het laboratorium gemaakte cascade bleef zo'n 20 minuten bestaan. Volgens de studie was dat te herleiden naar zo'n tien tot tienduizend jaar in de natuur.
Op jacht naar watervallen
Er bestaat op dit moment nog geen zekerheid dat dit ook zo gaat in de natuur. De onderzoekers hopen dat ze meer experimenten kunnen doen om kenmerken te vinden aan de hand waarvan ze plekken in de natuur kunnen herkennen waar dit proces mogelijk gaande is.
Er zijn al veel onderzoekers enthousiast om eropuit te trekken.
“Ik denk dat iedereen die wel eens op verschillende plekken ter wereld onderzoek heeft gedaan een aantal locaties kan noemen waar dit mogelijk gaande is,” stelt geomorfoloog Ellen Wohl van de Colorado State University. “Ik kan er zo al één bedenken,” zegt ze. Ze doelt daarbij op de ruige Big Box Canyon in Nevada, een gebied dat geliefd is vanwege de watervallen en zwemplekjes. De auteurs van het artikel wijzen zelf op de waterpoelen van de Seven Teacups in California als andere mogelijke kandidaat.
Al met al levert het onderzoek aanwijzingen op dat deze fantastische fenomenen mogelijk nog een paar geheimen hebben. Bij het ontstaan van elke waterval zouden een hoop factoren een rol kunnen spelen, merkt Crosby op. Het is de taak van wetenschappers om rekening te houden met al deze mogelijkheden als ze dit verschijnsel gebruiken om iets te zeggen over de wijze waarop een landschap in het verleden tot stand kwam.
“Watervallen zijn boodschappers van veranderingen in het landschap,” stelt Crosby. “Door hun energie nemen ze die boodschap mee over verschillende perioden in de geschiedenis. Daarom besteden wij er als geomorfologen zoveel aandacht aan. En daarom is het dus ook heel belangrijk dat we goed kijken naar mogelijke oorzaken van die verandering.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
