Menneskeskabte ændringer på Mississippi-floden øgede ekstreme oversvømmelser

En ny undersøgelse har for første gang afsløret Mississippi-flodens sidste 500-årige oversvømmelseshistorie. Det viser en dramatisk stigning i størrelsen og hyppigheden af ​​ekstreme oversvømmelser i det sidste århundrede - hovedsageligt på grund af projekter for at rette op, kanalisere, og bandt floden med kunstige diger.

Den nye forskning, ledet af forskere ved Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), også afsløret et klart mønster gennem århundreder, der forbinder oversvømmelser på Mississippi med naturlige udsving i Stillehavet og Atlanterhavets vandtemperaturer. Denne nyligt genvundne langsigtede rekord giver en historisk kontekst, der sætter fokus på, hvordan nyere flodteknik har intensiveret oversvømmelser til hidtil usete niveauer.

"De oversvømmelser, vi har haft i det sidste århundrede, er større end noget andet, vi har set i de sidste 500 år, " sagde Sam Muñoz, en tidligere postdoktor ved WHOI og hovedforfatter af undersøgelsen, udgivet 5. april, 2018, i journalen Natur . Undersøgelsen viser, at i de sidste 150 år har størrelsen af ​​100-års oversvømmelsen - en oversvømmelse, der har 1 procents chance for at forekomme i et givet år - er steget med omkring 20 procent. Forskerholdet fandt ud af, at omkring tre fjerdedele af den forhøjede oversvømmelsesfare kan tilskrives menneskelige ændringer af floden og dens bassin.

"Der har været et langvarigt spørgsmål om, i hvilket omfang alle de ændringer, vi har foretaget i Mississippi -floden - en af ​​de mest konstruerede floder i verden - har ændret sandsynligheden for virkelig store oversvømmelser, " sagde Muñoz, nu adjunkt ved Northeastern University.

For at besvare det spørgsmål, forskerne brugte en teknik, som WHOI's palæoklimatolog Jeff Donnelly var banebrydende i kysthavet til at spore orkanernes historie:udvinding af lange kerner af bundsediment fra søer og moser.

"Det svarer lidt til at stikke et sugerør i en milkshake, lægger tommelfingeren over toppen, og trækker det ud, " sagde Donnelly, en medleder på undersøgelsen. I dette tilfælde, "halmen" var et 30 fod langt aluminiumsrør udsat fra en lille pontonbåd, og "milkshaken" var mudderet, sand, og silt i bunden af ​​tre oxbow-søer, der støder op til Mississippi-floden.

Ved store oversvømmelser, hurtigere bevægende vand fra flodkanalen oprører større kornede sedimenter og strømmer ud i de normalt afbrudte søer, bærer sedimenter og affald med sig. Materialet fra floden fanges i søerne og synker til sidst. Det danner et lag på bunden, der efterfølgende begraves over tid. Lagene er afslørende spor af tidligere oversvømmelser. Jo dybere kerner, jo længere tilbage i tiden kan forskerne nå.

Kornstørrelsen i lagene giver fingerpeg om størrelsen af ​​oversvømmelserne. Jo større oversvømmelsen er, jo mere energi genereres af flodvandet, og jo større korn, der bliver aflejret i søerne, sagde WHOI geoforsker Liviu Giosan, et andet ledende medlem af forskerteamet. Ved at analysere kornstørrelse og oversvømmelsesstørrelse for kendte oversvømmelser – f.eks. oversvømmelsen af ​​den store Mississippi-flod i 1927 - Muñoz kunne estimere størrelsen af ​​tidligere ukendte oversvømmelser repræsenteret i sedimentkernerne.

For at finde ud af, hvornår disse oversvømmelser havde fundet sted, holdet brugte isotoper af bly, cæsium, og kulstof til at datere de grove sedimentlag. Zhixiong Shen fra Coastal Carolina University brugte en teknik kaldet optisk-stimuleret luminescens - som bestemmer et materiales alder ved at analysere, hvornår det sidst blev udsat for sollys. Matthew Therrell fra University of Alabama brugte årlige træringe til at rekonstruere en detaljeret registrering af nyere regionale oversvømmelser. Ved at kombinere disse metoder, holdet sporede historien om oversvømmelser tilbage over 500 år - omkring 350 år længere tilbage i tiden end de ældste skrevne oversvømmelser.

Næste, de sammenlignede det, de fandt, med registreringer af naturligt svingende klimacyklusser, der påvirker havoverfladetemperaturerne i Atlanterhavet og Stillehavet, såsom El Niño-Southern Oscillation (ENSO). De fandt ud af, at Mississippis oversvømmelsescyklusser svarede til havets og klimaets cyklusser.

I særdeleshed, El Niño-begivenheder bringer flere storme og nedbør til det centrale Nordamerika, som mætter jorden omkring Mississippi. En fase af Atlanterhavets oscillation bringer ekstrem nedbør over Mississippi-bassinet. Når de to falder sammen, oversvømmelse er mere sandsynlig.

"Vi er for første gang i stand til virkelig at analysere, hvordan klimasystemets naturlige variation påvirker oversvømmelser, og hvordan folk har ændret det, " sagde Muñoz.

The sediment data also showed that the natural rhythm of flooding caused by ocean changes was greatly amplified by major federally-funded river engineering projects that began after 1928 to facilitate commercial navigation on the river and to protect communities and cropland from floods. The societal benefits of river engineering should be weighed against the risks that more large floods pose to agriculture, infrastruktur, and communities, the scientists said. Ud over, big floods sweep more pollutants and fertilizers into the Gulf of Mexico, causing oxygen-depleted "dead zones."

Giosan says restoring more natural flood patterns to the river and allowing sediments to flow onto the floodplain during floods would help rebuild the drowning Mississippi delta, whose planned restoration is projected to cost tens of billions of dollars.

According to the team, the next steps will be to dig deeper into the river sediments to extend the flood record even further back in time and to apply this new method to understand what drives flooding on other major rivers systems around the world.