Sedimentladning nøglen til at forudsige affaldsstrømme efter naturbrand

De mudderskred, der følger efter skovbrande i det sydlige Californien, kan være dødelige og svære at forudsige. Ny forskning kan hjælpe embedsmænd med at identificere områder, der er udsat for disse mudderskred, og reagere før katastrofen indtræffer, ifølge videnskabsmænd.

mudderskred, eller affald flyder, kan forekomme, når nedbør skyller opbygningen af ​​sediment i bjergkanaler væk. Omtrent lige dele vand og sediment, affaldsstrømmene er stærke nok til at bære store kampesten ned ad bakke og true samfund på eller nær bjergene. Affaldsstrømmene i januar 2018, der ramte Montecito, Californien, dræbte 23 mennesker og forårsagede flere hundrede millioner dollars i skade. Myndighederne tilskrev mudderskredene til de naturbrande, der fejede gennem området den foregående måned.

Vegetation holder sedimentet tilbage i disse stejle landskaber, men da vegetationen brænder under en skovbrand, tyngdekraften transporterer sedimentet fra bjergskråningerne ned til kanalen i en proces kaldet tør sedimentbelastning, sagde Roman DiBiase, assisterende professor i geovidenskab ved Penn State.

I stejle landskaber som dem i det sydlige Californien, tør sedimentbelastning spiller en mere væsentlig rolle i sværhedsgraden af ​​mudderskred efter naturbranden end nedbør, lavvandede jordskred og sværhedsgrad af forbrændinger, ifølge forskerne. De rapporterede deres resultater i februarudgaven af Geologi .

"Kanalerne er typisk dækket af brosten og kampesten, der ikke bevæger sig meget let eller meget ofte med storme, " sagde DiBiase. "Det transporterede sediment, der blev fanget bag vegetationen, er meget finere, så du ender med at fylde kanalen med finkornede materialer, der gør det nemmere at starte en affaldsstrøm i selve kanalen."

DiBiase og Michael Lamb, professor i geologi ved California Institute of Technology, kiggede på tre lidar-datasæt af de vestlige San Gabriel-bjerge. Lidar involverer at flyve en laserscanner hen over et landskab og fornemme det tilbagevendende lys. Det giver videnskabsfolk mulighed for at rekonstruere topografien i en høj opløsning.

Datasættene blev indsamlet før stationsbranden i 2009, umiddelbart efter branden og før den første nedbør, og så seks år senere, efter nedbør havde ført til erosion og affaldsstrømme.

Forskerne fandt udbredt bevis for, at tør sedimentbelastning tilføjede alt fra 3 til 10 fod affald til bjergkanaler, som efterfølgende blev skyllet ud af nedbør. Kanalrydning var fraværende i områder, hvor tør sedimentbelastning ikke fandt sted.

Myndigheder kan bruge lidar som et hurtigt reaktionsværktøj til at kortlægge mønstre for sedimentbelastning efter en brand og beslutte, hvilke bjergkanaler der skal ryddes, før en storm rammer, sagde DiBiase.

Undersøgelsen tyder på, at forståelsen af, hvordan landskabet vil reagere på et skiftende klima, afhænger mere af jordregenereringshastigheder end fremtidige storme.

"De fleste modeller antager, at du har fuldt jorddækkede forhold på bjergsiden, så du har et uendeligt reservoir af materiale at trække fra, " sagde DiBiase. "Vores undersøgelse viser, at i hvert fald i de stejle landskaber, der er en begrænset mængde materiale på bjergsiden."

Den nuværende brandfrekvens – eller tid mellem brande – i landskaberne i det sydlige Californien giver grundfjeldet nok tid til at erodere og blive til jord, og vegetation til at vokse tilbage for at holde jorden på plads, fortsatte DiBiase.

"Hvis brandfrekvensen i det sydlige Californien fordobles, når den næste brand rammer, bunkerne af sediment, der har samlet sig bag planterne, er kun halvt fyldte, " sagde han. "Så, mængden af ​​affaldsstrømme, der kommer ud, vil ikke være for høj. Men vi har stadig noget arbejde at gøre for at forstå, hvad der styrer, hvor hurtigt sedimentet produceres fra grundfjeldet, og hvor hurtigt disse pæle fyldes op."