Hvorfor retter floder sig ikke ud med tiden?

Set fra oven kan verdens største floder kendes på deres slangekurver. Men hvordan dannes disse former, ændres de over tid og betyder det noget? Vi henvendte os til vores flodsystemekspert, Carmelo Juez.

Vand strømmer ned ad bakke, og som det gør, følger det mindst modstands vej. Og over tid kan strømmen af ​​en flod skære sig vej gennem bjerge i jagten på denne nedadgående bane. Så det virker kontraintuitivt, at de ofte bliver længere og mere snoede med tiden, snarere end mere lige.

Men ifølge Juez er det en misforståelse, at floder skal følge en lige vej fra bakkeskråninger til lavlandet. Floder udvikler bøjninger og bugter, øger modstanden og reducerer kanalgradienter for at styre vandenergien, når de krydser flodsletter.

"Geometrien af ​​disse minimerer energiforbruget ved hver flodsektion. Tænk på at gå ned ad et bjerg, du kan gå lige ned, men det kræver mindre indsats at zigzagge ned," forklarer Juez. Når en flod flyder, fører den sediment med sig, eroderer nogle bredder og forstærker andre.

"De eneste floder med en ensartet og regelmæssig geometri er menneskeskabte. Det er floder, der er blevet kanaliseret til civil infrastruktur, såsom beskyttelse mod oversvømmelser, eller for at få landbrugsjord," opsummerer Juez.

En lang og snoet sti

Så hvad bestemmer specifikt formen på en flod, og hvordan kan det ændre sig over tid? En flods vej er hovedsageligt påvirket af to nøglefaktorer kendt som "regimer":flow og sediment.

Strømningsregimet handler om hastigheden og timingen af ​​vandstrømmen, som påvirket af klimavariabler såsom nedbør og lufttemperatur. Hvorimod mængden, typen og tidspunktet for sedimentaflejring, såvel som lokal topografi, også påvirker flodens rute, og det samme gør interaktionen mellem sediment og vand.

Juez' tidligere arbejde i SEDILAND-projektet, som blev støttet af Marie Skłodowska-Curie Actions-programmet, viste, hvordan disse dynamiske processer er følsomme over for arealanvendelse og ændringer i jorddækningen.

Ved at analysere 15 års hydrologiske og sedimentregistreringer fra fire afvandingsområder i de spanske Pyrenæer med lignende geofysiske karakteristika foreslog Juez's analyse, at arealanvendelse og arealdækning bestemmer tidsskalaerne for ændringer i sedimentregimer.

Som SEDILAND også fremhævede, kan ændringer i landdækning og anvendelse enten hjælpe eller hindre modstanden mod klimaændringer, som kan ændre strømningen og sedimentaflejringen.

"Klimaændringer varierer tidspunktet for sæsonbestemt nedbør, snesmeltning eller smeltning af gletsjerbassinet, hvilket forårsager oversvømmelser, som kan erodere banker. Det kan også påvirke sedimentproduktionen - med tørrere bassiner, mere ekstreme termodynamiske påvirkninger, ændringer i is- og smeltecyklusser - alt sammen ændre sedimentlevering i flodsystemer," tilføjer Juez. "Hvis disse begivenheder bliver hyppigere og længerevarende, vil de ændre flodernes form og vej."

Men dette er ikke en lineær proces, da ændringer i arealanvendelsen, nogle gange som klimabegrænsende tiltag, i sig selv kan have uforudsete konsekvenser. En undersøgelse rapporterede f.eks., at en skovudvidelse af flodoplandet i de spanske Pyrenæer brat udtømte flodlejet for sediment.

Højteknologiske flodsystemer prognoser

Tidligere blev flodlejets morfologi og sedimentregimets karakteristika undersøgt langs flodsektioner af varierende længde, med lokaliteter udvalgt baseret på ændringer i landdækningen, såsom skovrejsning eller græsning.

"Da data var stedspecifikke, var data begrænsede. I dag kan ubemandede luftfartøjer kombineret med maskinlæringsalgoritmer forbinde årsagerne og konsekvenserne af lokaliserede flodsystemændringer til langsigtede globale forstyrrelser. Jeg forventer, at probabilistisk modellering snart vil give os en endnu mere præcist og holistisk syn," slutter Juez.

Så de komplekse drejninger af en flod fortæller historien om det omgivende landskab og klimaet - og hvor floden måske snor sig næste gang. + Udforsk yderligere

Ny indsigt i flodstrømme og sedimenttransport under isdække