Rivierwetenschappers uit Zweden, Finland en Duitsland rapporteren gedetailleerde metingen van sedimentbeweging en waterpeil in een met ijs bedekte rivier met behulp van een nieuwe techniek:seismische signalen. De resultaten worden gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research:aardoppervlak .

"We waren ook in staat om te bepalen of het uiteenvallen van het ijs werd veroorzaakt door langzaam smelten of door beweging van ijsblokken, door seismische signalen van ijskraken te detecteren en te bepalen wanneer ze optreden ten opzichte van het uiteenvallen van het ijs, " zegt Lina Polvi Sjöberg, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Umeå.

Sedimenttransport in rivieren beïnvloedt habitats voor in het water levende organismen en biogeochemische cycli. Tot nu, het meten van sedimenttransport in met ijs bedekte rivieren is bijna onmogelijk te maken met gebruikelijke technieken, omdat we niet onder het ijs kunnen kijken.

"Normaal gesproken, we kunnen watersnelheden en sedimenttransport meten door in de rivier te waden of met een boot, maar het uitvoeren van deze cruciale metingen op een met ijs bedekte rivier is logistiek een uitdaging en kan extreem gevaarlijk zijn als het ijs te dun is om op te lopen of wanneer het ijs breekt, ", zegt Lina Polvi Sjöberg.

Geconfronteerd met deze logistieke uitdagingen, het onderzoeksteam gebruikte een methode die het meest wordt gebruikt om aardbevingen te bestuderen:seismische signalen. Deze techniek is de afgelopen vijf jaar in een handvol studies gebruikt om rivierprocessen te bestuderen, maar dit is de eerste keer dat het is gebruikt om een ​​met ijs bedekte rivier te bestuderen.

Volgens Eliisa Lotsari, hoofddocent aan de Universiteit van Oost-Finland en een van de co-auteurs, deze nieuwe toepassing van seismologie opent deuren om vragen te beantwoorden over hoe met ijs bedekte rivieren ontstaan ​​en veranderen die voorheen een zwarte doos waren.

"Omdat de timing en lengte van de ijsbedekking op noordelijke rivieren zal veranderen met een opwarmend klimaat, het is vooral belangrijk om te meten en te begrijpen hoe rivierdynamiek verschilt onder met ijs bedekte versus ijsvrije omstandigheden en tijdens verschillende soorten ijsbreuk, " ze zegt.

Continue waarnemingen van sedimenttransport zijn nodig door de met ijs bedekte stroom, break-up en ijsvrije periodes, om de voorspellingen van toekomstige veranderingen in noordelijke rivieren beter te valideren. Aangezien het uiteenvallen van ijs de meest dynamische periode kan zijn voor noordelijke rivieren, het veroorzaken van snelle erosie van rivierkanalen en overstromingsgevaar, het is ook belangrijk om te kunnen bepalen of ijsafbraak plaatsvindt via rustiger smelten of dynamisch ijskraken.

Het onderzoeksteam voerde hun onderzoek uit op de rivier de Sävar, ongeveer 60 kilometer ten noordwesten van Umeå in het noorden van Zweden, tijdens de winter van 2018. Drie geofoons, vuistgrote seismometers, werden op 10 tot 40 meter afstand van de riviergeul in de grond begraven en registreerden eventuele kleine grondtrillingen. Door de frequentie te analyseren, intensiteit, en patronen van de signalen, konden de onderzoekers interpreteren wat de signalen veroorzaakt, inclusief waterturbulentie, verplaatsing van zand en grind op de rivierbedding, en ijskraken.

De timing van het ijskraken stelde hen in staat om te interpreteren of het ijsbreuk thermisch is en wordt veroorzaakt door langzaam smelten of mechanisch wordt veroorzaakt door ijsblokken die breken. IJskraken vindt plaats gedurende de hele met ijs bedekte winter, maar als het aantal ijsscheuren plotseling toeneemt vlak voordat het ijs verdwijnt, dan is de breuk mechanisch en als de snelheid hetzelfde blijft tot aan de breuk, dan is het thermisch. Tijdens de studieperiode in 2018 op de rivier de Sävar, het uiteenvallen van het ijs was thermisch tot de laatste dag van het uiteenvallen toen er een piek was in het aantal ijsscheuren en de onderzoekers afgebroken ijsblokken observeerden.

"Deze minimaal invasieve techniek stelt ons in staat om van seconde tot seconde alle processen in en rond de rivier te dekken, dus als je eenmaal de verschillende signalen leert interpreteren, is het alsof iemand op de locatie zit en nog meer opneemt dan we met onze ogen kunnen zien, ", zegt Lina Polvi Sjöberg.