science >> Wetenschap >  >> Geologie

Hoe overstromingen werken

Mensen die overstroomden door de straten van New Orleans nadat de dijken waren gebroken door de stormvloeden veroorzaakt door de orkaan Katrina. Bekijk meer stormfoto's. Michael Lewis/National Geographic/Getty Images

Water is een van de nuttigste dingen op aarde. Wij drinken het, erin baden, maak ermee schoon en gebruik het om voedsel te koken. Meestal, het is volledig goedaardig. Maar in voldoende grote hoeveelheden, dezelfde dingen die we gebruiken om een ​​tandenborstel te spoelen, kunnen auto's doen omvallen, huizen slopen en zelfs doden.

Overstromingen hebben alleen al in de afgelopen honderd jaar miljoenen levens geëist, meer dan enig ander weerfenomeen. De orkaan Katrina in New Orleans en de cycloon van 2008 die Myanmar trof zijn recente voorbeelden van de wijdverbreide verwoesting die overstromingen kunnen veroorzaken.

In dit artikel, we zullen ontdekken waarom water zo snel van karakter verandert en kijken wat er gebeurt als dat gebeurt. We zullen de negatieve gevolgen van overstromingen onderzoeken, evenals enkele voordelen. We zullen ook onderzoeken hoe menselijke constructie overstromingen kan beperken of, in sommige gevallen, veroorzaak het.

Inhoud
  1. Water, Overal water
  2. Onder het weer
  3. Breng me naar de rivier
  4. Kom hel of hoog water

Water, Overal water

Overstroming van landbouwgrond in Missouri. Zware regenval in de lente en zomer van 1993 overstroomde gebieden in het middenwesten van de Verenigde Staten, het leiden van de federale regering om 500 provincies in negen staten uit te roepen tot grote rampgebieden.

Om te begrijpen hoe overstromingen werken, je moet iets weten over hoe water zich op onze planeet gedraagt. De totale hoeveelheid water op aarde is gedurende miljoenen jaren redelijk constant gebleven (hoewel de verdeling in die tijd aanzienlijk is veranderd). Elke dag, een zeer kleine hoeveelheid water gaat hoog in de atmosfeer verloren, waar intense ultraviolette stralen een watermolecuul kunnen breken, maar er komt ook nieuw water uit het binnenste van de aarde, door vulkanische activiteit. De hoeveelheid water die wordt gecreëerd en de hoeveelheid die verloren gaat, zijn vrijwel gelijk.

Op elk moment, deze hoeveelheid water is in veel verschillende vormen. Het kan vloeibaar zijn, zoals in oceanen, rivieren en regen; stevig, zoals in de gletsjers van de Noord- en Zuidpool; of gasvormig, zoals in de onzichtbare waterdamp in de lucht. Water verandert van staat naar staat als het door de planeet wordt verplaatst windstromingen . Windstromen worden opgewekt door de verwarmingsactiviteit van de zon. De zon schijnt meer op het gebied rond de evenaar van de aarde dan op gebieden verder naar het noorden en zuiden, waardoor een warmteverschil over het aardoppervlak ontstaat. In warmere streken, warme lucht stijgt op in de atmosfeer, het trekken van koelere lucht in de vrijgekomen ruimte. In koelere streken, koude lucht zinkt, warme lucht de vrijgekomen ruimte in trekken. De draaiing van de aarde doorbreekt deze cyclus, er zijn er dus meerdere kleinere luchtstroomcycli over de hele wereld.

Gedreven door deze luchtstroomcycli, De watervoorziening van de aarde beweegt in een eigen cyclus. Als de zon de oceanen verwarmt, vloeibaar water van het oceaanoppervlak verdampt in waterdamp in de lucht. De zon verwarmt deze lucht (waterdamp en al) zodat deze door de atmosfeer opstijgt en wordt meegevoerd door windstromingen. Als deze waterdamp stijgt, het koelt weer af, condenserend in druppeltjes vloeibaar water (of kristallen van vast ijs). Verzamelingen van deze druppeltjes heten wolken . Als een wolk in een koelere omgeving terechtkomt, er kan meer water op deze druppels condenseren. Als er zich op deze manier voldoende water ophoopt, de druppels worden zo zwaar dat ze door de lucht vallen als neerslag (regenen, sneeuw, natte sneeuw of hagel). Een deel van dit water verzamelt zich in grote, ondergrondse reservoirs, maar het meeste vormt rivieren en stromen die in de oceanen stromen, het water terugbrengen naar het beginpunt.

Algemeen, windstromingen in de atmosfeer zijn redelijk consistent. Op een bepaalde tijd van het jaar, stromingen hebben de neiging om op een bepaalde manier over de hele wereld te bewegen. Bijgevolg, specifieke locaties ervaren over het algemeen jaar tot jaar hetzelfde soort weersomstandigheden. Maar van dag tot dag, het weer is niet zo voorspelbaar. Windstromingen en neerslag worden door vele factoren beïnvloed, voornamelijk geografie en aangrenzende weersomstandigheden. Een enorm aantal factoren combineren op een oneindige verscheidenheid aan manieren, allerlei weersomstandigheden produceren. Zo nu en dan, deze factoren werken op een zodanige manier samen dat een atypische hoeveelheid vloeibaar water zich in één gebied verzamelt. Bijvoorbeeld, omstandigheden veroorzaken soms de vorming van een orkaan, die overal een grote hoeveelheid regen dumpt. Als een orkaan over een regio blijft hangen, of meerdere orkanen die door het gebied trekken, het land krijgt veel meer neerslag dan normaal.

in 1927, de rivier de Mississippi overstroomde, vele steden langs de kust onder water zetten. Foto met dank aan NOAA

Omdat waterwegen in de loop van de tijd langzaam worden gevormd, hun grootte is evenredig met de hoeveelheid water die normaal gesproken zich ophoopt in dat gebied. Wanneer er plotseling een veel grotere hoeveelheid water is, de normale waterwegen overlopen, en het water verspreidt zich over het omringende land. Op het meest basale niveau, dit is wat een overstroming is -- een abnormale ophoping van water in een stuk land.

Een reeks stormen die enorme hoeveelheden regen met zich meebrengt, is de meest voorkomende oorzaak van overstromingen, maar er zijn anderen. In de volgende sectie, we zullen kijken naar enkele manieren waarop overstromingen beginnen, evenals enkele van de factoren die hun omvang bepalen.

Onder het weer

Zware regenval in het voorjaar van 2001 overstroomde Davenport, Iowa. Tot het water zakte, de lokale bevolking moest per roeiboot door de stad reizen. FEMA Nieuwsfoto

In het laatste gedeelte, we zagen dat overstromingen optreden wanneer een atypische hoeveelheid water zich verzamelt in een gebied. Er zijn een aantal manieren waarop dit kan gebeuren, en er is een breed scala aan gebeurtenissen die plaatsvinden wanneer dit gebeurt.

Het soort overstromingen waar de meeste mensen bekend mee zijn, doet zich voor wanneer een ongewoon groot aantal stortbuien in een vrij korte tijd een gebied treft. In dit geval, de rivieren en beken die het water naar de oceaan leiden, zijn gewoon overweldigd. De wisselende temperaturen van verschillende seizoenen leiden tot verschillende weerpatronen. In de winter, bijvoorbeeld, de lucht boven de oceaan kan warmer zijn dan de lucht boven het land, waardoor de windstroom van het land naar de zee gaat. Maar in de zomer, de lucht boven het land warmt op, warmer wordt dan de lucht boven de oceaan. Hierdoor keert de windstroom om, zodat meer water uit de oceaan wordt opgepikt en over land wordt vervoerd. Dit moesson windsysteem kan de rest van het jaar een periode van intense regen veroorzaken die volledig uit de pas loopt met het klimaat. In sommige gebieden, deze overstromingen kunnen worden verergerd door overtollig water uit smeltende sneeuw.

Tijdens de overstromingen van 1993, vrijwilligers in St. Genevieve, Missouri, gevulde zandzakken om geïmproviseerde dijken te bouwen. FEMA Nieuwsfoto

Misschien wel het bekendste voorbeeld van seizoensoverstromingen is de jaarlijkse uitbreiding van de rivier de Nijl in Egypte. In het oude Egypte, moessonregens bij de bron van de rivier zouden ervoor zorgen dat de waterweg zich in de zomer over een goede afstand uitstrekt. In dit geval, de overstroming was geen ramp, maar een godsgeschenk. Het uitdijende water zou langs de oevers van de rivier vruchtbaar slib achterlaten, waardoor het gebied een ideale landbouwgrond werd zodra de rivier weer was gezakt. Dit is een van de belangrijkste factoren waardoor de beschaving in de Egyptische woestijn kon gedijen. Tegenwoordig, de rivier wordt stroomopwaarts afgesloten door een dam, die de zomerregen opvangt en het hele jaar door uitdeelt. Hierdoor is het plantseizoen verlengd, zodat Egyptische boerderijen het hele jaar door gewassen kunnen verbouwen.

Een andere veelvoorkomende bron van overstromingen is ongewone getijdenactiviteit die het bereik van de oceaan verder landinwaarts vergroot dan normaal. Dit kan worden veroorzaakt door bepaalde windpatronen die het oceaanwater in een ongebruikelijke richting duwen. Het kan ook worden veroorzaakt door tsunami's , grote golven in de oceaan veroorzaakt door een verschuiving in de aardkorst.

het centrum van Johnstown, Pennsylvania, na de rampzalige overstroming van 1889. Naast de verwoesting van Johnstown, de muur van water overstroomde ook steden verder 'stroomafwaarts, ' inclusief Washington, DC Foto met dank aan NOAA Foto met dank aan NOAA het centrum van Johnstown, Pennsylvania, na de rampzalige overstroming van 1889. Naast de verwoesting van Johnstown, de muur van water overstroomde ook steden verder 'stroomafwaarts, ' inclusief Washington, DC Foto met dank aan NOAA Foto met dank aan NOAA

Overstromingen kunnen ook optreden wanneer een door de mens gemaakte dam pauzes. We bouwen dammen om de stroom van rivieren aan te passen aan onze eigen doeleinden. In principe, de dam verzamelt het rivierwater in een groot reservoir, zodat we kunnen beslissen wanneer we de stroom van de rivier willen vergroten of verkleinen, in plaats van de natuur te laten beslissen. Ingenieurs bouwen dammen die bestand zijn tegen elke hoeveelheid water die zich kan ophopen. Zo nu en dan, echter, er hoopt zich meer water op dan de ingenieurs hadden voorspeld, en de damstructuur breekt onder druk. Wanneer dit gebeurt, er komt ineens een enorme hoeveelheid water vrij, waardoor een gewelddadige "muur" van water over het land duwt. In 1889, zo'n overstroming deed zich voor in Johnstown, Pennsylvania. De stedelingen werden gewaarschuwd dat de vloed eraan kwam, maar velen verwierpen de waarschuwing als ongegronde paniek. Toen de stromende muur van water sloeg, meer dan 2, 000 mensen werden in slechts enkele minuten gedood.

De ernst van een overstroming hangt niet alleen af ​​van de hoeveelheid water die zich in een bepaalde periode ophoopt, maar ook op het vermogen van het land om met dit water om te gaan. Zoals we hebben gezien, een element hiervan is de grootte van rivieren en beken in een gebied. Maar een even belangrijke factor is het land absorptievermogen . Als het regent, bodem werkt als een soort spons. Wanneer het land is verzadigd -- dat is, heeft al het water opgenomen dat het kan - al het water dat zich ophoopt, moet stromen als afvloeiing .

Sommige materialen raken veel sneller verzadigd dan andere. Om te zien hoe dit werkt, neem gewoon een emmer water mee naar buiten en probeer verschillende oppervlakken nat te maken. De bodem in het midden van het bos is een uitstekende spons. Je zou er meerdere emmers water op kunnen gooien en hij zou het water meteen opzuigen. Steen is niet zo absorberend - het lijkt helemaal geen water op te nemen. Harde klei valt ergens tussenin. Over het algemeen, grond die is bewerkt voor gewassen is minder absorberend dan onbebouwd land, dus landbouwgebieden hebben meer kans op overstromingen dan natuurlijke gebieden.

Een van de minst absorberende oppervlakken is beton. In de volgende sectie, we zullen zien hoe concreet, asfalt en andere menselijke constructies kunnen overstromingen beïnvloeden.

Breng me naar de rivier

Overstroomde straten in St. Genevieve, Missouri. Het stadje was een van de vele steden in het Midwesten die in de zomer van 1993 door overstromingen werden verwoest. FEMA News Photo

In het laatste gedeelte, zagen we dat de mate van overstroming wordt bepaald door de hoeveelheid water die zich ophoopt in een gebied, evenals de aard van het landoppervlak. Naarmate de beschaving zich uitbreidde, mensen hebben het landschap op verschillende manieren veranderd. In de westerse wereld, een van de belangrijkste veranderingen is het bedekken van de grond met asfalt en beton. Blijkbaar, deze oppervlakken zijn niet de beste sponzen die er zijn:bijna alle regen die zich ophoopt, wordt afvoer. In een geïndustrialiseerd gebied zonder een goed drainagesysteem, er is misschien niet veel regen voor nodig om aanzienlijke overstromingen te veroorzaken.

Sommige steden, zoals Los Angeles, hebben betonnen overstromingskanalen aangelegd om dit probleem te voorkomen. Als het veel regent, het water stroomt in deze kanalen, die de stad uit slingeren waar het water beter kan worden opgenomen. Dit soort systemen kunnen verderop in de lijn overstromingen veroorzaken, echter. Wanneer u een gebied bedekt met beton en asfalt, je snijdt in wezen een deel van de natuurlijke spons van de aarde af, dus de rest van de spons heeft veel meer water om mee om te gaan.

Een soortgelijk probleem kan zich voordoen met: dijken , grote muren gebouwd langs rivieren om te voorkomen dat ze overstromen. Deze structuren verlengen de natuurlijke oevers van de rivier, zodat er veel meer water doorheen kan stromen. Maar hoewel ze effectief kunnen zijn om water uit één gebied te houden, ze maken de problemen meestal erger voor een gebied verderop, waar geen dijken zijn. Dat gebied krijgt al het vloedwater dat zich verder stroomopwaarts zou hebben verspreid. Een ander gevaar van dijken is dat, zoals dammen, ze kunnen breken. Wanneer dit gebeurt, er stroomt in korte tijd een grote hoeveelheid water het land op. Dit kan enkele van de gevaarlijkste overstromingen veroorzaken.

Golfbrekermuren in Maryland, gebouwd om stranderosie te vertragen Foto met dank aan NOAA

Mensen hebben niet veel succes gehad met het beheersen van overstromingen langs kustlijnen. Overmatig water in deze gebieden is bijzonder destructief voor door de mens gemaakte constructies vanwege de erosie die het veroorzaakt. Een methode om deze erosie te beheersen, is door hekken en muren te bouwen waar het water het land ontmoet. Dit houdt de kracht van de golven op afstand, zodat ze niet verslijten op het strand. Maar de structuren interfereren ook met het proces van strandvorming. Als je het water tegen de kust blokkeert, de oceaan kan geen zand verspreiden en je krijgt geen mooie stranden.

Een ander probleem met hekken en muren is dat ze maar zoveel kunnen doen. Fundamenteel, stranden veranderen van omgeving, gevormd door de overweldigende kracht van de oceaan. Zij zijn, door hun aard, verondersteld te worden uitgehold en verplaatst door de dynamische werking van golven. Overstromingen zijn een vast onderdeel van dit proces, en dat zal hoogstwaarschijnlijk zo blijven, wat we ook doen.

Een stuitligging langs de rivier de Mississippi, tijdens de grote overstroming van 1927 Foto met dank aan NOAA

Hetzelfde kan gezegd worden voor veel binnenland. Hoewel een rivier voor ons misschien een stal lijkt, onbeweeglijk kenmerk van het landschap, het is echt een levendige, dynamische entiteit. Dit geldt met name voor grote rivieren, zoals de Mississippi in de Verenigde Staten en de Yangtze en Huang He in China. Overuren, deze waterwegen breiden zich uit, veranderen hun pad drastisch en kunnen zelfs de stroomrichting veranderen. Om deze reden, het land rond de oevers van een rivier is zeer gevoelig voor overstromingen.

Helaas, rivieren zijn ook natuurlijke trekpleisters voor de beschaving. Onder andere, ze zorgen voor een constante toevoer van water, rijke bodems en een gemakkelijk transportmiddel. Als het waterpeil laag is, mensen bouwen langs de oevers en genieten van alle voordelen. Op een gegeven moment, het wordt tijd dat het water verschuift, en de mensen die langs de uiterwaarden hebben gebouwd, ontdekken al snel dat ze op ongezonde grond leven. Als er in deze gebieden veel wordt gebouwd, de overstromingsschade kan verwoestend zijn.

In de volgende sectie, we zullen kijken naar de verschillende soorten schade door overstromingen om te zien hoe gewoon water een verwoestende kracht kan zijn.

Kom hel of hoog water

Auto's opgestapeld door een plotselinge overstroming van 1972 in Rapid City, Zuid Dakota. Foto met dank aan NOAA

De ergste schade door overstromingen, het verlies van mensenlevens en huizen, wordt voornamelijk veroorzaakt door de enorme kracht van stromend water. Bij een overstroming, twee voet (61 cm) water kan met voldoende kracht bewegen om een ​​auto weg te spoelen, en 15 cm water kan u van uw voeten stoten. Het lijkt misschien verrassend dat water, zelfs veel water, kan zo'n klap incasseren. Ten slotte, je kunt rustig in de oceaan zwemmen zonder omver te worden geworpen, en dat is een enorme hoeveelheid bewegend water. En in de meeste gevallen een stromende rivier is niet sterk genoeg om je omver te werpen. Dus waarom gedragen overstromingswateren zich anders?

Een huis dat stroomafwaarts werd meegevoerd door de overstromingen van 1997 in Arboga, Californië Foto met dank aan NOAA

Overstromingswateren zijn gevaarlijker omdat ze veel meer druk kunnen uitoefenen dan een gewone rivier of een kalme zee. Dit komt door de enorme verschillen in watervolume die tijdens veel overstromingen bestaan. Bij een overstroming, in een gebied kan zich veel water verzamelen, terwijl er in een ander gebied nauwelijks water is. Water is vrij zwaar, dus het beweegt heel snel om "zijn eigen niveau te vinden". Hoe groter het verschil tussen watervolumes over een gebied, hoe groter de bewegingskracht. Maar op een bepaald punt, het water lijkt niet zo diep, en lijkt dus niet bijzonder gevaarlijk - totdat het te laat is. Bijna de helft van alle sterfgevallen door overstromingen is het gevolg van mensen die met hun auto door stromend water proberen te rijden. Er is veel meer water in de oceaan dan in een overstroming, maar het stoot ons niet omver omdat het redelijk gelijkmatig is verdeeld -- water in een kalme zee haast zich niet om zijn eigen niveau te vinden.

De gevaarlijkste overstromingen zijn: plotselinge overstromingen , die worden veroorzaakt door een plotselinge, intense ophoping van water. Plotselinge overstromingen treffen een gebied kort nadat het water zich begint op te hopen (van buitensporige regen of een andere oorzaak), dus vaak mensen zien ze niet aankomen. Omdat er in één gebied veel water wordt verzameld, plotseling overstromende wateren hebben de neiging om met veel kracht te bewegen, kloppende mensen, auto's en zelfs huizen uit de weg. Plotselinge overstromingen kunnen bijzonder verwoestend zijn wanneer een zware onweersbui een grote hoeveelheid regen op een berg dumpt. Het water stroomt met enorme snelheid de berg af, ploegen door alles in de valleien beneden.

Een aanhangwagen, auto en telefoonpaal opgestapeld door een overstroming in 1977 in Georgië Foto met dank aan NOAA

Een van de ergste plotselinge overstromingen in de geschiedenis van de VS vond plaats in 1976, in Big Thompson Canyon, Colorado. In minder dan vijf uur, onweersbuien in nabijgelegen gebieden hebben meer regen gedumpt dan de regio normaal gesproken in een jaar meemaakt. De grote Thompson-rivier, normaal gesproken een ondiepe, langzaam stromende waterweg, abrupt veranderd in een onstuitbare stroom, dumpen 233, 000 gallons (882, 000 L) water per seconde de kloof in. Duizenden kampeerders hadden zich verzameld in de kloof om het honderdjarig bestaan ​​van de staat Colorado te vieren. De overstroming gebeurde zo snel dat er geen tijd was om te waarschuwen. Toen het sloeg, honderden mensen raakten gewond, en 139 werden gedood.

Een minder catastrofale vorm van schade is eenvoudig vocht. De meeste gebouwen kunnen de regen buiten houden, maar ze zijn niet gemaakt om waterdicht te zijn. Als het waterpeil hoog genoeg is, veel water sijpelt huizen binnen, alles laten weken. Maar in de meeste gevallen, het belangrijkste schadelijke element is niet het water zelf, maar de modder die het met zich meebrengt. Terwijl het water over het landschap stroomt, het pakt veel rommel op. Als de vloed voorbij is, het waterpeil zakt en alles droogt uiteindelijk uit, maar de modder en het puin blijven rondhangen.

Reddingswerkers vechten stroomopwaarts tegen stromend water bij een plotselinge overstroming in 1975 die Rockville trof, Maryland. Foto met dank aan NOAA

In 1966, een grote storm overstroomde de Arno, een Italiaanse rivier die door de stad Florence stroomt. De kleine stad, een van de kunsthoofdsteden van de wereld, werd overspoeld met water, modder en algemeen slijm. Naast het verlies aan mensenlevens en de schade aan gebouwen, er was veel schade aan de kunstcollectie van de stad. Modder en slijm bedekten bijna alles dat was opgeslagen in de kelders en kamers op de begane grond. Door jarenlang werk, wetenschappers en kunsthistorici hebben de meeste beschadigde artefacten in goede staat kunnen herstellen.

Een ander soort schade door overstromingen is de verspreiding van ziekten. Als water over een gebied stroomt, het kan allerlei chemicaliën en afvalproducten oppikken, leiden tot zeer onhygiënische omstandigheden. Eigenlijk, alles en iedereen in een overstroming drijft mee in één grote soep. Hoewel ziekten meestal niet door deze aandoeningen worden veroorzaakt, ze worden gemakkelijker overgedragen (de meeste ziekten verspreiden zich gemakkelijker door water dan door de lucht). Als u zich in een overstroomd gebied bevindt, het is erg belangrijk dat u alleen flessenwater of gekookt water drinkt en andere hygiënerichtlijnen in acht neemt. Voor meer informatie over wat te doen bij overstroomde omstandigheden, bekijk deze gids van het Center for Disease Control.

We zullen de overstromingen nooit kunnen stoppen. Het is een onvermijdelijk element in het complexe weersysteem van onze atmosfeer. Wij kunnen, echter, werken om de schade veroorzaakt door overstromingen tot een minimum te beperken, door geavanceerde dammen te bouwen, dijken en kanaalsystemen. Maar de beste manier om overstromingsschade te voorkomen, is misschien om helemaal terug te trekken uit overstromingsgevoelige gebieden. Zoals bij veel natuurverschijnselen, de meest verstandige reactie op een overstroming kan zijn om uit de weg te gaan.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Hoe orkanen werken
  • Hoe aardbevingen werken
  • Hoe tornado's werken
  • Hoe bliksem werkt
  • Hoe meten ze "zeeniveau"?
  • Wat veroorzaakt de seizoenen?
  • Wat is een Nor'easter?
  • Als de poolijskappen zouden smelten, hoeveel zouden de oceanen stijgen?
  • Waarom bewegen orkanen alsof ze een eigen willetje hebben?
  • Wat is het verschil tussen sneeuw, ijzel en ijzel?
  • Waarom is het op de top van een berg kouder dan op zeeniveau?
  • Verdwijnende Lake Quiz

Meer geweldige links

  • National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)
  • Federaal Agentschap voor Noodgevallen (FEMA)
  • NOVA Flood Special
  • Omgaan met overstromingen
  • Overstromingsonderwerpen

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. De snelheid van verval berekenen
  2. Verschillen tussen Protista & Monera
  3. Lysosoom: definitie, structuur en functie
  4. Wat doet het endoplasmatisch reticulum?
  5. Waar vindt ademhaling plaats?
  6. Kan genetische verbetering de mensheid uiteindelijk dommer maken?
  7. Effecten van mobiele telefoons op studenten
  8. Wat zijn Agar Slants?
  9. Voordelen van embryonale stamcelonderzoek

Wetenschap