Een nieuwe studie heeft voor het eerst de geschiedenis van de afgelopen 500 jaar van overstromingen van de Mississippi-rivier onthuld. Het laat een dramatische toename zien in de omvang en frequentie van extreme overstromingen in de afgelopen eeuw, voornamelijk als gevolg van projecten om recht te trekken, kanaliseren, en begrensde de rivier met kunstmatige dijken.

Het nieuwe onderzoek, geleid door wetenschappers van Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), ontdekte ook een duidelijk patroon door de eeuwen heen dat overstromingen op de Mississippi in verband bracht met natuurlijke fluctuaties van de watertemperaturen in de Stille en Atlantische Oceaan. Dit onlangs herstelde langetermijnrecord biedt een historische context die laat zien hoe recentere riviertechniek overstromingen heeft geïntensiveerd tot ongekende niveaus.

"De overstromingen die we de afgelopen eeuw hebben gehad, zijn groter dan alles wat we de afgelopen 500 jaar hebben gezien, " zei Sam Muñoz, een voormalig postdoctoraal wetenschapper bij de WHOI en de hoofdauteur van de studie, gepubliceerd op 5 april 2018, in het journaal Natuur . Uit het onderzoek blijkt dat in de afgelopen 150 jaar, de omvang van de 100-jarige overstroming - een overstroming die een kans van 1 procent heeft om in een bepaald jaar te voorkomen - is met ongeveer 20 procent toegenomen. Het onderzoeksteam ontdekte dat ongeveer driekwart van dat verhoogde overstromingsgevaar kan worden toegeschreven aan menselijke aanpassingen aan de rivier en het stroomgebied.

"Er is al lang een vraag over de mate waarin alle veranderingen die we hebben aangebracht aan de rivier de Mississippi - een van de meest geconstrueerde rivieren ter wereld - de kans op echt grote overstromingen hebben veranderd, " zei Munoz, nu een assistent-professor aan de Northeastern University.

Om die vraag te beantwoorden, de wetenschappers gebruikten een techniek die WHOI-paleoklimatoloog Jeff Donnelly pionierde in de kustoceaan om de geschiedenis van orkanen te volgen:het extraheren van lange kernen van bodemsediment uit meren en moerassen.

"Het is een beetje hetzelfde als een rietje in een milkshake steken, zet je duim over de top, en het eruit trekken, " zei Donnelly, een co-lead op de studie. In dit geval, het "rietje" was een 30 meter lange aluminium buis die werd ingezet vanuit een kleine pontonboot, en de "milkshake" was de modder, zand, en slib op de bodem van drie hoefijzervormige meren naast de rivier de Mississippi.

Tijdens grote overstromingen, sneller stromend water uit het rivierkanaal roert sedimenten met grotere korrels op en stroomt in de meestal losgekoppelde meren, sedimenten en puin met zich meedragen. Het materiaal uit de rivier wordt opgevangen in de meren en zinkt uiteindelijk. Het vormt een laag op de bodem die vervolgens in de loop van de tijd wordt begraven. De lagen zijn veelbetekenende aanwijzingen van overstromingen in het verleden. Hoe dieper de kernen, hoe verder terug in de tijd de wetenschappers kunnen reiken.

De korrelgrootte in de lagen geeft aanwijzingen voor de omvang van de overstromingen. Hoe groter de vloed, hoe meer energie er wordt opgewekt door het rivierwater, en hoe groter de korrels die in de meren worden afgezet, zei WHOI-geowetenschapper Liviu Giosan, een ander hoofdlid van het onderzoeksteam. Door korrelgrootte en overstromingsgrootte te analyseren voor bekende overstromingsgebeurtenissen, bijvoorbeeld de grote overstroming van de Mississippi-rivier van 1927 - Muñoz kon de omvang schatten van voorheen onbekende overstromingen in de sedimentkernen.

Om erachter te komen wanneer die overstromingen hadden plaatsgevonden, het team gebruikte isotopen van lood, cesium, en koolstof tot op heden de grove sedimentlagen. Zhixiong Shen van Coastal Carolina University gebruikte een techniek die optisch gestimuleerde luminescentie wordt genoemd en die de leeftijd van een materiaal bepaalt door te analyseren wanneer het voor het laatst aan zonlicht is blootgesteld. Matthew Therrell van de Universiteit van Alabama gebruikte jaarlijkse jaarringen om een ​​gedetailleerd verslag van recentere regionale overstromingen te reconstrueren. Door deze methoden te combineren, het team traceerde de geschiedenis van overstromingen meer dan 500 jaar terug - ongeveer 350 jaar verder terug in de tijd dan de oudste geschreven overstromingsrecords.

Volgende, ze vergeleken wat ze vonden met records van natuurlijk oscillerende klimaatcycli die de temperatuur van het zeeoppervlak in de Atlantische Oceaan en de Stille Oceaan beïnvloeden, zoals de El Niño-Zuidelijke Oscillatie (ENSO). Ze ontdekten dat de overstromingscycli van de Mississippi overeenkwamen met oceaan- en klimaatcycli.

Vooral, El Niño-evenementen brengen meer stormen en regenval naar centraal Noord-Amerika, die de grond rond de Mississippi verzadigt. Een fase van de oscillatie van de Atlantische Oceaan brengt extreme regenval over het stroomgebied van de Mississippi. Wanneer de twee samenvallen, overstroming is waarschijnlijker.

"We zijn voor het eerst in staat om echt te analyseren hoe de natuurlijke variabiliteit van het klimaatsysteem overstromingen beïnvloedt, en hoe mensen dat hebben aangepast, ' zei Munoz.

The sediment data also showed that the natural rhythm of flooding caused by ocean changes was greatly amplified by major federally-funded river engineering projects that began after 1928 to facilitate commercial navigation on the river and to protect communities and cropland from floods. The societal benefits of river engineering should be weighed against the risks that more large floods pose to agriculture, infrastructure, and communities, the scientists said. In aanvulling, big floods sweep more pollutants and fertilizers into the Gulf of Mexico, causing oxygen-depleted "dead zones."

Giosan says restoring more natural flood patterns to the river and allowing sediments to flow onto the floodplain during floods would help rebuild the drowning Mississippi delta, whose planned restoration is projected to cost tens of billions of dollars.

According to the team, the next steps will be to dig deeper into the river sediments to extend the flood record even further back in time and to apply this new method to understand what drives flooding on other major rivers systems around the world.