En ny studie har för första gången avslöjat Mississippiflodens senaste 500-åriga översvämningshistoria. Det visar en dramatisk ökning av storleken och frekvensen av extrema översvämningar under det senaste århundradet - främst på grund av projekt för att rätta till, kanalisera, och bunden floden med konstgjorda vallar.

Den nya forskningen, ledd av forskare vid Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), avslöjade också ett tydligt mönster genom århundradena som förbinder översvämningar på Mississippi med naturliga fluktuationer i vattentemperaturen i Stilla havet och Atlanten. Detta nyligen återhämtade långtidsrekord ger ett historiskt sammanhang som belyser hur nyare flodteknik har intensifierat översvämningar till oöverträffade nivåer.

"De översvämningar som vi har haft under det senaste århundradet är större än något vi har sett under de senaste 500 åren, sa Sam Muñoz, en före detta postdoktor vid WHOI och huvudförfattaren till studien, publicerad 5 april, 2018, i journalen Natur . Forskningen visar att under de senaste 150 åren, omfattningen av 100-årsfloden – en översvämning som har 1 procents chans att inträffa under ett givet år – har ökat med cirka 20 procent. Forskargruppen fann att cirka tre fjärdedelar av den förhöjda översvämningsrisken kan hänföras till mänskliga förändringar av floden och dess avrinningsområde.

"Det har funnits en långvarig fråga om i vilken utsträckning alla förändringar vi har gjort i Mississippifloden - en av de mest konstruerade floderna i världen - har förändrat sannolikheten för riktigt stora översvämningar, " sa Muñoz, nu biträdande professor vid Northeastern University.

För att svara på den frågan, forskarna använde en teknik som WHOI:s paleoklimatolog Jeff Donnelly var pionjär i kusthavet för att spåra orkanernas historia:att utvinna långa kärnor av bottensediment från sjöar och kärr.

"Det är ungefär som att sticka ett sugrör i en milkshake, lägger tummen över toppen, och dra ut den, sa Donnelly, en ledare för studien. I detta fall, "halmen" var ett 30 fot långt aluminiumrör utplacerat från en liten pontonbåt, och "milkshaken" var leran, sand, och silt i botten av tre oxbow sjöar intill Mississippifloden.

Vid stora översvämningar, snabbare rörligt vatten från flodkanalen rör upp större korniga sediment och rinner ut i de vanligtvis frånkopplade sjöarna, bär sediment och skräp med sig. Materialet från floden fångas upp i sjöarna och sjunker så småningom. Den bildar ett lager på botten som sedan begravs med tiden. Skikten är tydliga ledtrådar från tidigare översvämningar. Ju djupare kärnor, ju längre tillbaka i tiden kan forskarna nå.

Kornstorleken i lagren ger ledtrådar till översvämningarnas storlek. Ju större översvämningen är, ju mer energi genereras av flodvattnet, och ju större korn som deponeras i sjöarna, sa WHOI-geoforskaren Liviu Giosan, ytterligare en ledande medlem av forskargruppen. Genom att analysera kornstorlek och översvämningsstorlek för kända översvämningshändelser, t.ex. Stora Mississippiflodens översvämning 1927—Muñoz kunde uppskatta storleken på tidigare okända översvämningar representerade i sedimentkärnorna.

För att ta reda på när översvämningarna hade inträffat, laget använde isotoper av bly, cesium, och kol för att datera de grova sedimentlagren. Zhixiong Shen från Coastal Carolina University använde en teknik som kallas optiskt stimulerad luminescens - som bestämmer ett materials ålder genom att analysera när det senast exponerades för solljus. Matthew Therrell från University of Alabama använde årsträdsringar för att rekonstruera en detaljerad förteckning över nyare regionala översvämningar. Genom att kombinera dessa metoder, teamet spårade historien om översvämningar tillbaka över 500 år – cirka 350 år längre tillbaka i tiden än de äldsta skrivna översvämningsregistren.

Nästa, de jämförde vad de hittade med uppgifter om naturligt oscillerande klimatcykler som påverkar havsytans temperaturer i Atlanten och Stilla havet, såsom El Niño-Southern Oscillation (ENSO). De fann att Mississippis översvämningscykler överensstämde med havets och klimatcyklerna.

Särskilt, El Niño -evenemang ger fler stormar och nederbörd i centrala Nordamerika, som mättar marken runt Mississippi. En fas av oscillationen i Atlanten leder till extrema regn över Mississippibassängen. När de två sammanfaller, översvämningar är mer sannolikt.

"Vi kan för första gången verkligen analysera hur den naturliga variationen i klimatsystemet påverkar översvämningar, och sedan hur folk har ändrat det, " sa Muñoz.

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. Dessutom, 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.