Naukowcy z Indiana University odkryli kluczowe spostrzeżenia na temat niebezpiecznego zjawiska „odrywania się rzeki”, oferując sposób przewidywania, kiedy i gdzie rzeki mogą nagle i dramatycznie zmienić bieg. Opublikowane w Nature, to przełomowe badanie rzuca światło na proces, który ukształtował historię ludzkości poprzez niszczycielskie powodzie i nadal zagraża milionom ludzi na całym świecie.
Zespół badawczy pod przewodnictwem Jamesa „Jake’a” Gearona, doktoranta w Department of Earth and Atmospheric Sciences (EAS) w College of Arts and Sciences na Indiana University Bloomington, po raz pierwszy nakreślił warunki, które powodują odrywanie się rzek. Współautorzy obejmują Harrisona Martina (Ph.D. EAS '23), obecnie adiunkta w CalTech, Clarke’a DeLisle’a (Ph.D. EAS '23), obecnie w EVS, Inc, Erica Barefoota, a obecnie członka wydziału w UC-Riverside, oraz profesora Douglasa Edmondsa, Malcolma i Sylvii Boyce Chair in Geological Sciences w Department of Earth and Atmospheric Sciences.
Wykorzystując zaawansowaną technologię satelitarną, zespół zmapował, w jaki sposób pewne cechy krajobrazu zwiększają prawdopodobieństwo oderwania. „Pomiar topografii wokół rzeki jest trudny i czasochłonny ze względu na gęstą roślinność” — powiedział Gearon. „Skorzystaliśmy z nowego satelity, który wykorzystuje lasery do pomiaru topografii”. Ta technologia, zwana lidarem, penetruje roślinność, aby znaleźć wysokości nagiej ziemi, umożliwiając dokładne pomiary topograficzne.
Badanie przedstawia nowe ramy przewidywania, kiedy nastąpią oderwania, problem, z którym ludzkość zmaga się od tysiącleci. „Oderwania, które prawdopodobnie są inspiracją dla starożytnych mitów o powodziach, stworzyły największe powodzie w historii ludzkości i nadal zagrażają milionom ludzi dzisiaj” – wyjaśnił Edmonds. „W miarę jak zmiany klimatu zmieniają globalne cykle wodne, a ekspansja człowieka na obszary narażone na powodzie wzrasta, zrozumienie i przewidywanie oderwań nigdy nie było ważniejsze”.
Co powoduje wyrwy rzeczne?
Do oderwania dochodzi, gdy woda w rzece podnosi się ponad otaczający krajobraz, często z powodu nagromadzenia się osadów w korycie rzeki. Kiedy tak się dzieje, rzeka może wylać się z brzegów i wytyczyć nową ścieżkę przez równinę zalewową. Może to prowadzić do poważnych powodzi, ponieważ cała rzeka przepływa przez obszary, które zwykle nie są przystosowane do radzenia sobie z tak dużym natężeniem. Na przykład oderwanie rzeki Kosi w północnych Indiach w 2008 r. bezpośrednio wpłynęło na ponad 30 milionów mieszkańców, zabiło setki osób i spowodowało szkody o wartości ponad 1 miliarda dolarów.
Tradycyjnie naukowcy uważali, że oderwania występują z powodu dwóch głównych czynników: albo koryto rzeki zostało podniesione ponad poziom równiny zalewowej, albo ziemia po obu stronach rzeki oferowała bardziej stromą, atrakcyjniejszą ścieżkę dla wody. „Teraz możemy faktycznie przetestować te dwa 80-letnie pomysły za pomocą danych topograficznych, które zebraliśmy z kosmosu” — powiedział Edmonds — „i byliśmy zaskoczeni, gdy odkryliśmy, że oba czynniki współdziałają i odgrywają różne role w zależności od położenia rzeki”.
Prognozowanie zagrożeń związanych z powodzią — nowy sposób mapowania ryzyka powodzi
Naukowcy przeanalizowali dane z 174 oderwań rzek na całym świecie, wykorzystując zdjęcia satelitarne do śledzenia ruchów rzek w ciągu ostatnich kilku dekad. Autorzy badania ujawniają, że oderwania są znacznie częstsze w pobliżu pasm górskich i obszarów przybrzeżnych niż w środkowych odcinkach rzek. Odkryli, że 74 procent tych oderwań miało miejsce w pobliżu frontów górskich lub linii brzegowych, obszarów, w których osady mają tendencję do szybkiego gromadzenia się.
Ponadto, wykorzystując dane topograficzne, badacze opracowali nowy model mapowania tego, co nazywają „korytarzami oderwania” – ścieżkami, którymi rzeki mogą podążać, jeśli zboczą ze swojego obecnego biegu. To narzędzie może pomóc rządom i planistom zidentyfikować obszary wysokiego ryzyka nagłych powodzi, szczególnie w regionach o ograniczonych zasobach zarządzania powodziami.
Badanie podkreśla również znaczenie uwzględnienia oderwań w ocenie zagrożenia powodziowego, czego obecne modele powodzi zazwyczaj nie uwzględniają. „Tradycyjne modele powodzi koncentrują się na wzroście poziomu wody spowodowanym ulewnymi deszczami, ale oderwania mogą wystąpić bez ostrzeżenia, nawet na obszarach, na których opady deszczu nie stanowią poważnego problemu. To sprawia, że są one szczególnie niebezpieczne i trudne do przewidzenia, podobnie jak trzęsienia ziemi” — powiedział Gearon.
Konsekwencje dla Globalnego Południa
Wyniki mogą być szczególnie cenne na Globalnym Południu – mniej rozwiniętych częściach Afryki, Ameryki Łacińskiej i Azji – gdzie oderwania są częstsze i często bardziej śmiertelne. W wielu z tych regionów połączenie czynników geologicznych i wyzwań infrastrukturalnych sprawia, że społeczności są bardziej podatne na nagłe zmiany rzeki. Na przykład powódź związana z oderwaniem rzeki Indus w Pakistanie w 2010 r. dotknęła ponad 20 milionów ludzi.
Nowy model, który opiera się na minimalnej ilości danych, może pomóc krajom przygotować się na katastrofy związane z oderwaniem rzek, potencjalnie ratując życie i zmniejszając szkody gospodarcze. Oferując naukowcom, decydentom i praktykom nowy sposób myślenia o ryzyku powodzi i planowania na wypadek powodzi — a ponieważ zmiany klimatyczne nadal zmieniają wzorce pogodowe i zwiększają zagrożenia powodziowe na całym świecie — badanie dostarcza niezbędnych narzędzi do zrozumienia i łagodzenia zagrożeń stwarzanych przez oderwanie rzek.