Efter oversvømmelseskatastrofen i Vesttyskland:Videnskaben søger efter svar

Den 14. juli 2021, mellem 60 og 180 mm regn faldt i Eifel-regionen på kun 22 timer - en mængde, der ellers ville være faldet på flere måneder, og som førte til katastrofale oversvømmelser. Begivenhederne var langt mere ødelæggende, end eksisterende modeller havde forudsagt. Forskere ved Helmholtz Center Potsdam—GFZ German Research Center for Geosciences peger på en række effekter, der hidtil kun er opstået sjældent i Centraleuropa og derfor ikke er blevet taget tilstrækkeligt i betragtning. Disse omfatter, i særdeleshed, mobilisering af dødt ved og sediment, begge effekter, der sandsynligvis bliver vigtigere, efterhånden som klimaændringerne skrider frem. Michael Dietze og Ugur Öztürk rapporterer i dag i bladet Videnskab på de mekanismer, der har forstærket virkningerne af oversvømmelsen. De giver også et blik på et nyt forskningsprojekt, der starter her for at gøre fremtidens forventningsindsats mere realistisk.

Forskere som tilfældige vidner til oversvømmelseskatastrofen

14. juli er en regnvejrsdag. GFZ-forsker Michael Dietze er på vej tilbage fra et feltbesøg i den sydlige Eifel med kolleger fra Potsdam og universitetet i Bonn. På vej mod nord, de indser hurtigt, at det, der sker lige udenfor, er mere end en lang kraftig regn:Onlinedatavisningen af ​​Altenahr-måleren stiger hurtigt hvert 15. minut, hurtigere end den faktiske prognose, og hurtigere end forskerne ville have ønsket, fordi deres egne mål er påvirket. Oversvømmelse af Ahr er ikke noget usædvanligt:​​som en del af et forskningsprojekt, Dietze og kolleger havde et par uger tidligere oprettet adskillige seismiske stationer på en tre meter høj terrasse i Ahr-dalen - antaget at være i sikker afstand til fjendtlige oversvømmelser. De ønskede at bruge dem til at måle jordens bevægelse forårsaget af sedimentbevægelser og vandturbulens under "regelmæssige" oversvømmelser. Nu er niveauet allerede en meter over terrassen, stationerne er tabt.

Velkendte effekter - men fra andre dele af verden

Hvad forskerne oplevede her, er kun en brøkdel af den egentlige katastrofe, der tager sin gang i Ahr-dalene, Erft og Rur floder. "Oversvømmelsen i Eifels dale var langt mere voldsom, hurtigere og mere uforudsigelig, end vi tidligere havde antaget for en sådan begivenhed i centrum af Europa, " siger Michael Dietze, PostDoc i Geomorphology Section ved GFZ og Institut for Geografi ved Universitetet i Bonn. Årsagerne er mange og velkendte, dog ikke fra Centraleuropa, men snarere fra verdens ørkener, og fra troperne.

Hurtigt mættet jord

Regnen kunne ikke længere trænge ind i jorden, som allerede er blevet mættet på grund af regnfulde uger før. Den var også for stærk til at løbe ned ad skråningerne som en tynd hinde af vand. I stedet, skråninger blev bogstaveligt talt til brede floder og transporterede vandet ikke med en hastighed på nogle centimeter, men pludselig med et par meter i sekundet, altså op til hundrede gange hurtigere. Dette gjorde det muligt at konvergere til en oversvømmelsesbølge i de faktiske dale meget hurtigere.

En enorm eroderende kraft af vandet

Ud over, vandet udviklede en enorm erosiv kraft:På den ene side, den gravede kanaler ind i skråningerne og var i stand til at flyde endnu hurtigere i de selvgravede stier. På den anden side, det mobiliserede betydelige mængder sediment og dødt ved. En gang i de vigtigste dale, træstammerne og grene drev mod broer. Der blev de viklet ind og førte til såkaldte blokeringer. Som resultat, afstrømningen blev forhindret, vandet dæmmede op og oversvømmede også mere distale områder.

Uventede effekter ved grusgrave og veje

I løbet af disse begivenheder, der opstod effekter og såkaldte koblede farer, som man tidligere ikke havde troet var mulige i regionen. Erften, normalt fem meter bred, steg ud over sine bredder nær byen Blessem og hældte over en mark direkte i en grusgrav. Kanten af ​​denne grube skar sig vej opstrøms mod Blessem over en længde på 300 meter, som et vandfald. Det underminerede de første huse og førte til deres sammenbrud.

Vejen gennem Blessem blev også til en flod, som – begyndende ved de ikke-asfalterede kanter – underminerede vejens fundament, efterlader kun spildevandsrørene. Denne erosion ophørte kun ved et tilfælde, da mindre og mindre vand strømmede ned ad Erften.

Koblede farer:dæmningen af ​​Steinbach-reservoiret

Steinbach-dæmningen, beliggende kun 35 kilometer opstrøms, udgjorde en særlig fare. Denne jorddæmning holder 1,2 millioner kubikmeter vand tilbage. Om aftenen den 14. juli det blev oversvømmet til knæ i en bredde på 150 meter, fordi nødudløbet ikke var i stand til at udlede de indgående vandmasser. Den oversvømmede dæmning eroderede massivt, så et brud var nært forestående. Hvis dette var sket, oversvømmelsesbølgen ville have tanket processerne i Blessem, og forårsagede desuden massiv ødelæggelse i landsbyerne direkte nedstrøms for dæmningen. "Dette eksempel sætter fokus på, hvor tæt forbundet selv tilsyneladende fjerne lokaliteter er, " understreger Dietze.

Outlook:Identifikation af nye forskningstilgange

"Når klimaændringerne fortsætter, vi kan støde på nedbørshændelser som den den 14. juli 2021 ret ofte. Derfor, forskning skal nu begynde at forstå nedbør-inducerede oversvømmelser ikke kun som et fænomen med for meget hurtigt strømmende vand. Vi skal også inkludere de tilhørende selvforstærkende effekter, hvoraf nogle også er begunstiget af klimaændringer, " siger Dietze. Disse omfatter skråningsdissektion, især i de øvre oplande, mobilisering af dødt ved og eroderede vitale træer, samt deres rolle i at blokere menneskelig infrastruktur. Ud over, nye koblede farer skal identificeres og overvejes.

Nyt forskningsprojekt giver vigtige data til fremtidige modeller

Et vigtigt skridt i denne retning vil være at kortlægge sporene efter katastrofen i juli 2021, hurtigt og i høj opløsning. Det gælder især de områder, hvor oversvømmelsen har taget fart, og som hidtil næppe har været i offentlighedens fokus:flodernes øverste afvandingsområder op til udløbsregionerne. Med et nyligt godkendt projekt, i fællesskab finansieret af GFZ og NatRiskChange Research Training Group ved University of Potsdam, disse områder bliver nu specifikt undersøgt ved luftbåren laserscanning. Dette vil give højopløselige 3D-modeller af det ændrede landskab. Sammenlignet med pre-flood 3D-modeller, nøgleoplysninger kan indsamles på eroderede skråninger, mobiliseret træ og oversvømmede områder, alle unikke data, som en gang er blevet evalueret, vil forbedre fremtidige modeller. Og så kan Dietze og hans kolleger have et mere robust fundament til at geninstallere deres seismiske stationer for at analysere oversvømmelsesrelateret sedimentbelastning på faktisk sikre steder.