How to dig a submarine canyon with no net erosion

Submarine canyons are deep valleys through which sediments eroded from the continents are delivered to the deep ocean, across the continental margins and slopes. One prominent example is the Monterrey Canyon (pdf poster).


They are often regarded as the result of erosion produced by the submarine flow, but this is what we just found in seismic data from the Ebro delta (published last week in Geology, link to abstract):

Survival of a submarine canyon during long-term outbuilding of a continental margin
David Amblas et al., Universitat de Barcelona, E-08028 Barcelona, Spain. Geology, doi: 10.1130/G33178.1 [GSA link] [pdf]
The resemblance between subaerial and submarine canyons has led to the long-standing view of submarine canyons as purely erosive landforms. Yet submarine canyons forming at continental slopes that grow from long-term accumulation of sediment are observed both at the present sea floor and further beneath, buried under sediment. This suggests that the canyon is prograding together with the margin. David Amblas and colleagues document the Pleistocene coevolution of a submarine canyon and adjacent slope along the Ebro Margin (NW Mediterranean) using a 3-D seismic image of the seafloor and subsurface. Seismic reflectors beneath the present-day canyon and adjacent slope show that net accumulation has occurred in both areas over the last 500,000 years. Seismic mapping reveals a mid-Pleistocene canyon beneath the modern canyon that is morphologically similar in planform but exhibits a different long profile shape. An explanation for the change in long-profile shape is proposed in terms of the dominant sedimentation processes in the canyon. This study aims to broaden thinking about canyon evolution and the processes that govern it during outbuilding of a continental margin. From this perspective, canyons are submarine landscape features that prograde at rates comparable to those of the margin, mostly undergoing net deposition while they serve as the outlet channel for the continental sediment supply towards the abissal plains.

Pleistocene and present submarine canyon, and
conceptual model of the depositional control of
its evolution

Amblas, D., Gerber, T., De Mol, B., Urgeles, R., Garcia-Castellanos, D., Canals, M., Pratson, L., Robb, N., & Canning, J. (2012). Survival of a submarine canyon during long-term outbuilding of a continental margin Geology DOI: 10.1130/G33178.1

Cómo reconocer la buena ciencia en la red

[Ésta es una versión extendida del artículo original para Amazings]

La ciencia avanza A Hombros de Gigantes, decía 
Chartres ya en el siglo XII. La frase se refiere
a que nuestra pequeña contribución al conocimiento
se basa y se suma a lo que nos transmitieron
generaciones anteriores, y sólo gracias a ellas
podemos ver más allá. [Fuente]. 

En la red abundan las citas a estudios científicos que no lo son. Los Magufos están incluídos en ese grupo, pero en la prensa se citan infinidad de trabajos cuya acientificidad es más sutil. La geociencia es especialmente vulnerable a este tema (por motivos históricos, p.e., Alvarez y Leitao, 2012, Geology). Recordad si no el grito de "Geology is not a true science!" de Sheldon en Big Bang Theory (vídeo). Bromas aparte,  me arremango para recordar los ingredientes más comunes de los estudios (geo)científicos y cómo reconocerlos cuando navegamos por la web:

Pregunta científica:

La cuestión que aborda un trabajo científico debe estar bien definida y ser precisa. Puede no ser nueva e incluso puede tener ya una respuesta bien consolidada entre los especialistas, pero hay que dejar clara su relación con estudios anteriores que han abordado los mismos unknowns. En investigación, como en otras formas de vida, uno pasa más tiempo buscando las preguntas correctas que buscando respuestas (inevitable evocar aquí las infames palabras de Rumsfeld).

Referencias, trabajos previos:

La ciencia es un método de recopilación y extensión sistemática del conocimiento y portanto cualquier nuevo estudio debe partir de resultados anteriores. Por eso el extracto de sauce blanco usado medicinalmente en la América precolombina pudo ser un conocimiento extraordinariamente útil, pero no científico: sus propiedades no habían sido relacionadas cuantitativa ni sistemáticamente con otros conocimientos de la época. En cambio el descubrimiento de su principio activo y el aislamiento del ácido acetilsalicílico (aspirina) sí lo son. Cualquier estudio científico tiene que partir de lo que ya se ha descrito antes, debe anclarse en el conocimiento científico existente. Eso es una pesadez, pero demostrar que conoces lo que ya se ha hecho en tu campo es el primer paso para que tu estudio sea tomado en serio. En la web, los magufos se delatan por carecer de enlaces a fuentes fiables e independientes que apoyen lo que dicen; de forma parecida, la clave de un buen artículo en Wikipedia es la calidad de sus referencias.

Hipótesis y predicciones validables o falsables

Los antecedentes permiten formular una hipótesis, la idea que se quiere poner a prueba. De nuevo, son los antecedentes los que dan solidez a esa hipótesis y los que te permiten distinguir una curiosidad legítima de una chorrada. Luego, el estudio podrá validar o refutar esa hipótesis y en función de ello postular una nueva. Pero vuelvo a ese punto más tarde.

Observación objetiva, repetida, sistemática, cuantitativa

Para mejorar el conocimiento hay que contar con experiencias nuevas. En geociencia pueden ser experiencias de laboratorio (experimentos), de campo (visita y muestreo de una zona) o de cálculo (simulaciones, modelos). Si un experimento de cristalografía (pienso en los infames cristales de hielo de Emoto) no está bien descrito, ni es repetible, ni está cuantificado, entonces puede que sea divertido, pero no es científico. No siempre es sencillo juzgar cuando las observaciones son objetivas y sistemáticas, y no siempre pueden ser cuantitativas, pero es importante recordar que la aspiración natural del científico es el mayor grado de cuantificación posible. El motivo es que, antes o después, el proceso de comprensión pasa por (o aspira a) formular matemáticamente aquello que se estudia. Vuelvo a esto luego.

Experimentos y análisis reproducibles

La reproducibilidad es tambien esencial, aunque a menudo olvidada. Un ejemplo claro de trabajo no científico es el que se basa en muestras de roca cuya localización no está publicada, porque no se puede contrastar los análisis con otras muestras del mismo lugar. O estudios basados en experimentos numéricos (simulaciones informáticas) que usan un modelo (un programa) muy complejo cuyo código fuente no está disponible. En este caso no se pueden reproducir los cálculos ni comprobar la unicidad de su ajuste de las observaciones. Ambos trabajos pueden ser excelentes, pero no son ciencia porque nadie puede reproducirlos ni poner a prueba sus resultados. Y ambos casos abundan en las Ciencias de la Tierra.

Pero no siempre está tan claro, y para muestra invito a leer este artículo sobre lo que no se suele compartir entre científicos (interesantes los comentarios de lectores al pie). Otro ejemplo: las rocas de una perforación deberían estar disponibles para su estudio crítico por otros grupos, permitiendo la reproducción de su análisis. Pero si cuando pides una muestra no hay nadie que la empaquete y te la envíe, o si una compañía que financió la perforación impide el acceso a las muestras ¿el estudio original sigue siendo científico?

Formulación matemática

La formulación matemática es la expresión más
sólida de un concepto y permite ponerlo a prueba
sin ambigüedad en escenarios distintos. En este caso
se trata del principio de isostasia, que relaciona la elevación
de una región (h1) con el engrosamiento de la
corteza terrestre (b1) y con las densidades de la
corteza y el manto.

Describir un proceso natural con una ecuación tiene algo de trascendental. La matemática es la máxima expresión de lo que mencionaba: objetividad, cuantificación, reproducibilidad. Un ejemplo: una buena parte de la tectonofísica se basa en la formulación de la isostasia de finales del siglo XIX (nada del otro mundo, por otra parte, una simple aplicación del principio de Arquímedes a la corteza terrestre). El principio en sí mismo podría haberse enunciado sin más. Pero fue la sencillez de su formulación matemática la que permitió aplicarlo fácilmente a infinidad de escenarios geológicos y así validarlo y hacer brotar una nueva rama de la geociencia.

Interpretación, tesis

En la interpretación de los resultados entra en juego algo tan escurridizo como el sentido común. Algunos trabajos pueden tener resultados tan sólidos como para proponer una nueva tesis provocativa que pueda ser valorada en futuros estudios y pase a ser la hipótesis de un nuevo estudio. Y claro, será  necesario que sea también validable o refutable, porque si no sería científicamente inabordable. Un ejemplo de tesis no falsable que me encanta es la estimación de la posición de las placas tectónicas dentro de 50 millones de años. Nadie va a estar allí para contrastar la veracidad de esta predicción. Portanto, esta imagen puede ser muy interesante desde el punto de vista educativo o divulgativo y puede estar bien fundamentada, pero no puede ser validada ni se puede portanto aprender de ellas, y por lo tanto no es ciencia.

Revisión por expertos y publicación

El revuelo de los supuestos neutrinos superlumínicos
se formó antes de que los resultados hubieran pasado
 por peer review, y probablemente tanto los autores
como los medios se precipitaron al anunciar a
bombo y platillo lo que sería la primera observación no acorde con la teoría de la relatividad

Si no publicas nadie se entera de lo que has hecho, ni nadie pondrá a prueba tus resultados, ni tu trabajo entrará en la cadena del conocimiento científico. La publicación debe estar avalada por expertos reconocidos en la materia, lo que generalmente se interpreta como personas que ya han publicado artículos en temas relacionados y en revistas de prestigio similar. Por otro lado, la publicación debe ser fácilmente accesible, por eso son polémicos los enormes costes que tiene hoy publicar y suscribirse a las revistas. En mi disco duro hay pdfs de artículos que, si no fuera por el acceso que facilita mi institución, costarían unos 100.000 euros. Es decir, sólo un privilegiado puede hacer ciencia desde su casa...

Derecho a réplica

Las publicaciones deben poder ser replicadas por otros expertos que vean defectos en el procedimiento o en la interpretación de los resultados. Tradicionalmente estas réplicas han tenido la forma de breves artículos, en principio también revisados por pares. En las Ciencias de la Tierra esto ocurre menos de lo que debería; En otras disciplinas abundan las revistas científicas como PLoS ONE que permiten la réplica o los comentarios online, sin necesidad de pasar necesariamente por un proceso de revisión.

3D scan in real time using Xbox Kinect

This is a real-time 3D scanning with Xbox Kinect at the beach in Oregon, by James Dietrich. The device projects an infrared pattern (see this other video) and by looking at that pattern reflected on the real objects it calculates the distance for each pixel, in real time. In this case, I am the 'real object', besides the camera holder. This information allows the computer software to 3D rotate the object in the screen in real time (while the object moves, for instance), changing the perspective.
The potential applications for geoscience are... infinite! For example. no need to measure and count pebbles any more, you river geomorphologists, just a 2-second scan and there it comes your grain-size distribution.


And this is a group 3D-picture he took at the same Bretz Meeting in Oregon, last week:
http://youtu.be/s4B3O50q9nk
Amazing, ha? It's a 3D model based on a series of pictures taken with a normal camera.

Ideas on open questions in Earth Science?

Searching for Unknowns consumes most of our research time and also makes the bulk of our research motivation. Wouldn't it be good to share the biggest open questions in our respective disciplines? 

I'm working on a list of challenging and sound geoscientific questions being researched today. Geoscience is here taken in the wide sense, including climate, hydrology, planetary science, ecology, geology, geophysics, etc.
I'm thinking of specific problems that are well established from a scientific point of view and that have an impact on at least a couple of subdisciplines. Examples would be: "What caused the Permian extinction?" or "What drives magnetic polarity reversals?" or "How much of the current climate change is anthropogenic?". But a bit more of elaboration and a key reference would be desirable.
I will try to summarize the compiled ideas in a later entry in this blog, but key references discussing each subject are welcome. I'm looking forward for suggestions or feedback, either as comments to this post (below) or at @danigeos on Twitter.

Update:
Alexandra Witze shares links (in a comment below) to the following relevant documents: 1, 2. Some of the questions summarized there will be useful as a general frame to what i aim at (they are big trans-scientific goals). But I would like to find the top key questions at a more detailed level, more specific, even if of interest only to a minority of subfields within Earth Sciences. Open problems that most assistants to the AGU, EGU, GSA or INQUA meetings could be curious about even if only a small percentage could really judge critically.

Update 2:
A reference to a key paper on the problem proposed will make every contribution much more valuable!

Seafloor spreading, magnetic reversals, and plate tectonics

Making science implies the formulation of refutable hypotheses, this is, the proposal of new ideas (based on former research) that lead to predictions that can be either confirmed or falsified (by future research).

Timing of the last reversals of the Earth's magnetic field.

The vertical axis is Time, in million years before present.
Periods in black matched today's polarity. 

Source: Wikimedia Commons. A more complete scale here.

A case history in Earth science is the confirmation of the plate tectonics theory during the 60's. This hypothesis was initially put forward most remarkably by Alfred Wegener, based on observations of the fossil fauna matching across different continents (this in addition to the matching coastlines of continents already pointed out by Abraham Ortelius, in the 16th century!). The theory of plate tectonics implied that the oceans between continents that drift away from each other should gradually spread apart (seafloor spreading).

In 1963, the geophysicist Frederick J. Vine and the geologist Lawrence W. Morley independently realized that if the seafloor spreading theory was correct, then the rocks surrounding mid-oceanic ridges should show symmetric patterns of magnetization reversals, recording the polarity of the Earth's magnetic field in the volcanic rocks at the time they erupted and cooled down. This is  now known as the Vine–Matthews–Morley hypothesis, and became a validation test of the seafloor spreading, in particular, and plate tectonics in general.

Seafloor spreading recording time-changes of geomagnetic 
field polarity. Source: Wikimedia Commons.

Morley's letters to Nature (February 1963) and to the Journal of Geophysical Research (April 1963) were both rejected, so Vine and his advisor Matthews were first to publish the hypothesis that same year. The patterns of ancient magnetic reversals in the Earth have been found thereafter in hundreds of paleomagnetic surveys, providing a robust validation of those hypotheses. A vast work of calibration of the ages of the magnetic reversals allowed for the detailed knowledge of the age of the oceanic floor that we have nowadays:

Map of the age of the seafloor based on the magnetic field recorded in the
oceanic crust during its formation at mid-oceanic ridges
(Source: National Geophysical Data Center)

But we know very little about the mechanisms responsible for these magnetic field changes. Cmputer simulations suggest that it is a natural result of feedback effects between the magnetic field and the flow in the Earth's core (see the reference to Glatzmaiers' below). It has been recently shown in this article in GRL that these two processes, seafloor spreading and magnetic reversals, correlate in geological time ("geological intervals characterized by an asymmetrical distribution of the continents with respect to the equator are followed by intervals of high reversal frequency"), suggesting a mechanical coupling between both phenomena. But the specific mechanism behind magnetic reversals and the additional information they may contain about the past of our planet remain, so far, a challenge (yet another Reto Terrícola!).

References:

Vine, F., & Matthews, D. (1963). Magnetic Anomalies Over Oceanic Ridges Nature, 199 (4897), 947-949 DOI: 10.1038/199947a0

Pétrélis, F., Besse, J., & Valet, J. (2011). Plate tectonics may control geomagnetic reversal frequency Geophysical Research Letters, 38 (19) DOI: 10.1029/2011GL048784

Glatzmaiers, G., & Roberts, P. (1995). A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geomagnetic field reversal Nature, 377 (6546), 203-209 DOI: 10.1038/377203a0

Pakistan Tribune: Hunza landslide dam to be blasted on Feb. 27th

Maybe you were following the flood risk created 2 years ago by the Hunza Valley landslide in January 2010. There were fears that once the lake overflowed it would trigger a massive outburst flood (you can have a look at my previous post, focused on this phenomenon). More than 25,000 people in Gojal were stuck after the massive landslide formed a natural dam in the Hunza River, creating a lake that consumed upstream villages as it expanded. The landslide also blocked the Karakoram Highway, a vital trade link connecting the region to China.

Now there are news about that. According to the Tribune of Pakistan:

The spillways need to be blasted (...)The district administration of Hunza Nagar made an announcement last week to blast the spillway on February 18, but put off the task till the 27th of this month.(...)Explosives will be used to blast the boulders currently obstructing the outflow of water though a spillway dug in 2010. Several unsuccessful attempts have been made in the past using controlled blasting to widen the spillway.An official said that traffic on the Gilgit-Hunza portion of the Karakoram Highway would be stopped on that day. Authorities also warned residents settled downstream to avoid venturing to the riverside. Pakistan Red Crescent society (PRCS) has deputed a team of volunteers to assist the administration in case of an emergency.

Let's hope everything is done safely and that the blast serves to get knowledge on how do outburst floods develop.


[Via The Landslide Blog]

Update 2012-03-01: Level went down by 7m after works to enlarge the spillway and the reopening by blast last monday. Good news for people living downstream: pamirtimes.net
This has been probably helped by the erosion produced by the peak discharge reached, about 50,000 cusecs (1400 m3/s).

Update 2012-05-15: Another blast of the gravel dam: Pamir Times.