In het westen van de VS, ernstige bosbranden aangewakkerd door tondeldroge vegetatie hebben in 2020 al meer dan 3,2 miljoen hectare (8 miljoen acres [ten tijde van dit persbericht]) verbrand - een gebied zo groot als Maryland, en bijna zes keer dat gebied is dit jaar in Australië afgebrand. En hoewel het ergste brandjaar van geen van beide landen nog niet voorbij is, Er zijn al zorgen over het volgende gevaar waarmee deze regio's te maken zullen krijgen:gevaarlijke en destructieve puinstromen.

Puinstromen zijn snel bewegende slurries van grond, steen, water, en vegetatie die bijzonder gevaarlijk zijn omdat ze meestal zonder enige waarschuwing voorkomen. Sommige puinstromen zijn krachtig genoeg om alles op hun pad te verjagen, inclusief bomen, keien, voertuigen - en zelfs huizen.

Twee jaar geleden in Montecito, Californië, 23 mensen werden gedood en meer dan 400 huizen beschadigd door een reeks puinstromen veroorzaakt door hevige regenval op heuvels die verschroeid waren door wat destijds de grootste brand in de geschiedenis van Californië was.

Om de oorsprong van deze gevaren beter te begrijpen, onderzoekers van de U.S. Geological Survey (USGS) bestudeerden het falen van hellingen op twee locaties in de San Gabriel Mountains in Zuid-Californië. De eerste site brandde in 2016 af tijdens de brand in het San Gabriel Complex, overwegende dat een tweede, nabijgelegen locatie werd verkoold tijdens de Colby-brand in 2014. De bevindingen, woensdag gepresenteerd tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van The Geological Society of America, geven aan dat er grote verschillen waren in taludbezwijking tussen het eerste en het derde jaar na verbranding. De resultaten zullen helpen bij het informeren van landbeheerders en bewoners over wanneer en waar puinstromen en andere soorten falen van hellingen waarschijnlijker zijn.

"In het eerste jaar na elke brand, we observeerden puinstromen gegenereerd door regenafvoer, " zegt Francis Rengers, een USGS-onderzoeksgeoloog die de studie leidde. "Maar terwijl we bleven monitoren, we waren verrast om te zien dat een storm met een hogere regenvalintensiteit dan de stormen van het eerste jaar, resulteerde in meer dan 280 ondiepe aardverschuivingen, in plaats van puinstromen, in het derde jaar."

In tegenstelling tot puinstromen, die vloeistofachtig gedrag vertonen, aardverschuivingen glijden als samenhangende massa's langs een breukvlak. De onderzoekers, waaronder wetenschappers van de Universiteit van Arizona, het woestijnonderzoeksinstituut, de USGS, en het Duitse onderzoekscentrum (GFZ) geloven dat dit verschil te wijten is aan veranderingen in de hoeveelheid water die in de grond kan infiltreren tijdens stormen die volgen op bosbranden. Omdat hevige bosbranden de bodem waterafstotender maken, Rengers zegt, regenval heeft de neiging om van verbrande grond af te stromen. "Als er geen water naar binnen trekt, " hij legt uit, "het stroomt over het oppervlak." Door bodembedekking te verwijderen, bosbranden verminderen ook de ruwheid van een helling, waardoor de slurry snelheid oppikt. Verbranding kan ook regen op kale grond mogelijk maken om te creëren wat hij een "oppervlakteafdichting" noemt die de afvoer verder verhoogt.

Omdat aardverschuivingen veel kortere uitloop hebben dan puinstromen, ze vormen verschillende gevaren. "De aardverschuivingen die we hebben waargenomen, hebben voornamelijk gevolgen voor de lokale infrastructuur in het bos, zoals wegen, transmissielijnen, en duikers, " legt Rengers uit. Daarentegen hij zegt, puinstromen verplaatsen sediment veel verder stroomafwaarts en vormen daarom een ​​gevaar voorbij de steile, bergachtige hellingen. "Runoff-gegenereerde puinstromen bedreigen levens en eigendommen, inclusief woningen, " hij zegt.

De resultaten bieden een sprankje hoop dat de dreiging van het bezwijken van hellingen een beperkte duur heeft:de onderzoekers ontdekten dat binnen vijf jaar, de dichtheid van aardverschuivingen op verbrande hellingen in de San Gabriels was bijna gelijk aan de dichtheid in onverbrande gebieden. Dit geeft aan dat de vegetatie in deze regio zich binnen een half decennium herstelt.

Op basis van deze observaties, de onderzoekers hebben een nieuw conceptueel model ontwikkeld voor het falen van hellingen na natuurbranden dat drie verschillende fasen heeft. Tijdens de 'no-recovery'-fase, verhoogde afvoer maakt puinstromen vaker voor. Binnen een paar jaar, toenemende waterpercolatie, gecombineerd met het verval van wortels van vegetatie vernietigd in het vuur, de hellingen gevoeliger maken voor aardverschuivingen tijdens de 'initiële herstelfase'. Na ongeveer vijf jaar, nieuwe wortels worden voldoende gevestigd om de helling in de laatste 'volledig herstelde' fase te stabiliseren.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan te onderzoeken of ditzelfde model ook voor andere regio's geldt, zoals de Rockies en de Pacific Northwest, die dit jaar ook te maken hadden met ernstige bosbranden. Voor nu, de resultaten hebben onmiddellijke en praktische toepassingen voor landbeheerders die te maken hebben met de nasleep van 2020. "Ons model suggereert dat puinstromen de komende één tot twee jaar de grootste zorg zullen zijn, tenminste in de brandwondenlittekens in Zuid-Californië, en daarna zal de zorg verschuiven naar ondiepe aardverschuivingsgevaren", zegt Rengers. "Ik hoop dat ons werk landbeheerders bruikbare verwachtingen biedt over hoe deze processen zich waarschijnlijk zullen ontwikkelen en hen helpt bij het prioriteren van mitigatie en planning na natuurbranden."