Van de Nijl tot de Mississippi en van de Amazone tot de Yangzi, de menselijke beschaving is onlosmakelijk verbonden met de grote rivieren waarlangs onze samenlevingen zich ontwikkelden. Maar rivieren zijn veranderlijk, en de voordelen die ze bieden, kunnen snel rampen worden wanneer deze waterwegen van koers veranderen.

Wetenschappers proberen te begrijpen hoe veranderingen in het milieu de dynamiek van rivieren veranderen. Een nieuwe studie in de Proceedings van de National Academy of Sciences co-auteur van UC Santa Barbara, geomorfoloog Vamsi Ganti, heeft de factoren geschetst die bepalen hoe vaak rivieren van koers veranderen, of avulse, en de effecten hiervan op rivierdelta's. De resultaten beloven wetenschappers en planners te helpen zich voor te bereiden op een toekomst van zeespiegelstijging en veranderend landgebruik.

Delta's gaan zeespiegelstijging tegen door sediment op te bouwen, die meestal voorkomt in de buurt van een riviergeul zelf. Zo nu en dan, de rivier zal door een avulsie van koers veranderen en ergens anders beginnen met het opbouwen van de delta. "Dus avulsies zijn de manier waarop de rivier zijn sediment uitspreidt over het hele landschap, " zei eerste auteur Austin Chadwick, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Minnesota.

"De vragen die we stellen, zijn hoe vaak rivieren van nature van koers veranderen, " hij ging verder, "en hoe gaat dat veranderen met klimaatverandering en menselijk ingrijpen."

Helaas, er was eerder geen consensus over hoe rivieren reageerden op klimaatverandering. Sommige wetenschappers dachten dat avulsiesnelheden zouden toenemen naarmate de zeespiegel stijgt, terwijl anderen voorspelden dat ze zouden afnemen. "Er was gewoon geen verenigende theorie om uit te leggen hoe de frequentie van rivieravulsie afhankelijk is van het zeeniveau, ' zei Ganti.

Om de situatie recht te zetten, Ganti, Chadwick en hun co-auteur Michael Lamb van Caltech, gecombineerde waarnemingen uit de geologische en historische gegevens met een wiskundig model van rivierdynamiek. Door te focussen op dit specifieke probleem, ze wilden eindelijk definitieve antwoorden en bruikbare voorspellingen krijgen.

Grote rivieren hebben de neiging om af te vlakken en te vertragen als ze de oceaan naderen. Na een bepaald punt, de stroomafwaartse omstandigheden van het zeeniveau beginnen het gedrag van de rivier te beïnvloeden in wat wetenschappers binnenwaterhydrodynamica noemen. "Dit is een dynamische zone waar afzetting en erosie plaatsvinden in kustrivieren, ’ legde Ganti uit.

In een eerdere krant het team had aangetoond dat avulsies voorkomen in dit opstuwingsgebied, die zich vrij ver landinwaarts kan uitstrekken. Bijvoorbeeld, de opstuwingszone van de Mississippi-rivier reikt tot 500 kilometer van de kust. dieper, vlakkere rivieren zoals de Mississippi, die grotere opstuwingsgebieden hebben, hebben daarom grotere delta's.

Het doel van de onderzoekers met deze studie was om hun hernieuwde kennis van de impact van hydrodynamica in het binnenwater toe te passen om meer te weten te komen over de frequentie van avulsies zelf.

Met behulp van het model, en hun resultaten te vergelijken met veldgegevens, het team ontdekte dat er drie manieren zijn waarop delta's kunnen reageren op zeespiegelstijging, die afhankelijk zijn van het evenwicht tussen de snelheid van zeespiegelverandering en het door de rivier aangevoerde sediment.

De eerste:wanneer een rivier veel sediment heeft en de zeespiegelstijging relatief langzaam is. Volgens het model, deze rivieren zijn bestand tegen zeespiegelstijging, en hun avulsiepercentages blijven stabiel. De Gele Rivier in China is daar een voorbeeld van.

Het tweede geval doet zich voor wanneer een rivier minder sediment heeft of de zeespiegel sneller stijgt. In dit scenario, avulsies komen vaker voor. De stijgende oceaan bevordert sedimentatie, en als een kanaal eenmaal tot een bepaalde diepte is gevuld, de rivier zal zijn koers verspringen.

En het extreme vertegenwoordigen, waarin de zeespiegelstijging groter is dan het vermogen van een rivier om sediment af te zetten, is het derde geval. Terwijl de oceaan de delta infiltreert, de rivier zal zijn maximale avulsiesnelheid bereiken, en het hele systeem zal landinwaarts gaan migreren. Wetenschappers wisten niet eerder van deze zaak, en de ontdekking van de drie regimes samen verklaart de eerdere inconsistenties in de wetenschappelijke literatuur.

De onderzoekers voerden observaties en gegevens in hun model in om te zien of verschillende rivierdelta's zich anders zouden gedragen onder voorspelde klimaatomstandigheden. "Het antwoord is ja, voor de meesten van hen, Chadwick zei. "Veel rivieren zullen vaker avulsies ervaren en sommige rivieren zullen ook verder landinwaarts avulsies hebben."

Rivieravulsies hebben enorme maatschappelijke implicaties, met het potentieel om economische en burgerlijke onrust te veroorzaken. Archeologen geloven dat een koerswijziging van de Indus-rivier in het westen van India direct heeft bijgedragen aan de teloorgang van de Harappan-beschaving in de bronstijd. Recenter, avulsies leidden tot de overstroming van de Gele Rivier in 1877 en de overstromingen in China in 1931, two of the deadliest natural disasters in modern history.

An avulsion could have dire consequences for rivers like the Mississippi, where a system called the Old River Control Structure has prevented the river from jumping course since 1963. If the backwater region migrated inland, the river could change course upstream from the facility and bypass it altogether. Millions of gallons of water per minute would course through previously dry land, while the downstream portion of the channel would go completely dry.

The authors have made their model available and accessible to anyone who might want to use it. They were even able to reduce several formulas into a single equation by implementing a few basic assumptions about river conditions and dynamics.

"Groups like the Army Corps of Engineers and the Department of the Interior can use this tool to apply to any delta, " said Chadwick. "And hopefully it will help inform our decisions in these places as we cope with climate change."