Forskere får ny indsigt i floddynamikken

En flods eneste konsekvente egenskab er forandring. Som den græske filosof Heraclitus bemærkede, "Ingen mennesker træder nogensinde to gange i den samme flod." Selvom denne dynamiske natur ofte er ude af syne og sind, at glemme det har ført til mang en historisk katastrofe.

For nylig, UC Santa Barbara geomorphologist Vamsi Ganti og hans samarbejdspartnere offentliggjorde en undersøgelse, der fandt ud af, at havstigning vil få floder til at springe kurs, eller avulse, oftere på deltaer end tidligere. Nu har hans team opdaget, at en perfekt storm af faktorer - herunder større oversvømmelser og finere sedimentstørrelse - vil gøre det muligt for disse destruktive begivenheder at forekomme længere og længere inde i landet. Deres resultater, som vises i Geofysiske forskningsbreve , advare om større katastrofer, der ville ramme mange bycentre, der historisk set aldrig skulle bekymre sig om disse spørgsmål.

I det store, relativt flade floder, avulsioner har en tendens til at forekomme i bagvandsregionen, Ganti forklarede. "Dette er den zone, over hvilken flodstrømningen mærker effekten af ​​havniveauet." Denne region begynder ved flodmundingen og kan strække sig relativt langt inde i landet. For eksempel, Mississippi -flodens bagvandstrækning strækker sig 500 kilometer fra kysten.

Teamet kiggede gennem satellit- og fjernmålingsdata efter historiske avulsioner og stødte på de unikke deltaer i Madagaskar. Øen har et væld af korte floder, der løber ned fra bjergene med meget fint sediment. Dette skyldes den saprolitiske jord - løs, bløde jordarter lavet af silt og nedbrydende sten - der dominerer landets højland. Forværret af voldsom skovrydning på øen, de udsatte jordarter fodrer øens grumsede, røde floder og gør det til et af de hurtigste eroderende steder på Jorden, ifølge hovedforfatter Sam Brooke, en postdoktor ved Institut for Geografi.

Ved hjælp af flere satellitbilleder taget siden slutningen af ​​1970'erne, Brooke skabte animationer fra tidsserier, der kommunikerer, hvor hurtigt Madagaskars floddeltaer udvikler sig. Ved hjælp af disse data, han var i stand til at opnå flodernes udledningshastigheder samt den tid, kanalerne forblev fulde under oversvømmelser.

Kombination af dataene med satellitbillederne førte til en overraskende konklusion. Avulsionerne forekom ikke nogen steder i nærheden af ​​flodernes bagvandzoner. "[I stedet, de var] omkring 20 gange [længere] opstrøms, "Brooke huskede, "langt uden for det sted, hvor vi ville forvente, at de var baseret på [... modeller] ved hjælp af en enkel bagvandskala." Forskerne indså, at de var nødt til at opdatere deres modeller for, hvor avulsioner forekommer på deltaer.

En bedre model

Teamets udvidede teori bunder i et simpelt forhold. To processer er i gang i flodkanaler - varigheden af ​​oversvømmelser, og den tid, det tager for floden at tilpasse sig ændringer. De relative tidsskalaer for disse fænomener dikterer, hvor avulsioner opstår.

Hvis oversvømmelser er kortere end den tid, floden tager at justere, derefter erosion og aflejring begrænset til bagvandsområdet. Imidlertid, hvis oversvømmelser varer længere, end det tager floden at justere, erosion under oversvømmelser kan rejse langt opstrøms for flodmundingen, hvilket gør det muligt for floden at avulse meget længere inde i landet.

Store flade floder, ligesom Mississippi, ændre langsomt, men stejle floder med masser af fint sediment kan tilpasse sig ret hurtigt. "Hele kanalen kan dukke op igen inden for bagvandsområdet i en given oversvømmelse, "sagde Ganti, "og erosion kan forplante sig meget længere opstrøms." Dette er tilfældet for floder som dem på Madagaskar, som er relativt stejle og har meget fint sediment.

En flod oversvømmer, når den bærer nok vand til at overhale sine bredder. Og i det meste af sin længde, en oversvømmet vandvej vil gøre netop det. Men vandstanden er begrænset af havets overflade nær flodmundingen op gennem bagvandszonen. Så den øgede mængde vand under oversvømmelser begynder at bevæge sig hurtigere, stigende erosion, og skure flodlejet dybere.

Denne erosionsbølge kan derefter sprede sig opstrøms, efterhånden som oversvømmelsesforholdene fortsætter, gør det muligt for floden at svinge langt opstrøms fra bagvandsområdet - meget længere end forventet.

Et forudsigende billede tegner sig

"Klimamodeller forudsiger, at ekstreme oversvømmelser oftere vil forekomme i en opvarmende verden, "sagde Ganti. Som et resultat, avulsioner kunne begynde at bevæge sig endnu længere inde på floder rundt om i verden.

Men drivhusgasemissioner er ikke den eneste menneskelige aktivitet, der påvirker floder. Sand og grus er kritiske komponenter i byggeri og infrastruktur, og mennesker udvinder nu disse ressourcer på massive skalaer. Desværre, disse udgør den grove fraktion af alluvialt sediment, hvilket betyder, at vores aktiviteter fører til finere sediment mange steder. Floder kan bære mere af dette finkornede materiale, og den øgede belastning reducerer den tid, det tager kanaler [?] at ændre. Endnu engang, dette gør det muligt for avulsioner at forekomme længere opstrøms.

Hvad mere er, havstigning stiger selve bagvandszonen længere inde i landet. Disse tre faktorer kombinerer for at skabe den perfekte opskrift på, at større avulsioner kan forekomme stadig længere inde i landet på deltaer, Ganti forklarede. Dette kan føre til en stigende tendens til boliger, liv og levebrød tabt på grund af ekstrem oversvømmelse, sandsynligvis på steder, der aldrig historisk har måttet håndtere disse farer.

Og ifølge holdets tidligere papir vil disse begivenheder også blive hyppigere, når havniveauet stiger.

"Vi bør forberede os på avulsion som en alvorlig oversvømmelsesfare i fremtiden, "Vamsi advarede.

Floddeltaer har altid været en kritisk ressource for menneskeheden, udnyttet til landbrug, transport og industri. Mange af civilisationens største byer er vokset langs bredden af ​​verdens store vandveje. Deres dynamik har altid udgjort en udfordring for samfundet, men efterhånden som floder bliver mindre forudsigelige og mere flygtige, siger forskere, vi bliver nødt til at tage flere forholdsregler for at sikre vores sikkerhed og velfærd.