Flodforskare från Sverige, Finland och Tyskland rapporterar detaljerade mätningar av sedimentrörelser och vattennivå i en istäckt flod med hjälp av en ny teknik – seismiska signaler. Resultaten publiceras i Journal of Geophysical Research:Earth Surface .

"Vi kunde också avgöra om isbrottet orsakades av långsam smältning eller av rörelse av isblock, genom att detektera seismiska signaler om issprickor och bestämma när de inträffar i förhållande till isuppbrytningen, säger Lina Polvi Sjöberg, docent vid Umeå universitet.

Sedimenttransporter i floder påverkar livsmiljöer för vattenlevande organismer och biogeokemisk kretslopp. Tills nu, mätning av sedimenttransport i istäckta floder har varit nästan omöjlig att göra med vanliga tekniker eftersom vi inte kan se under isen.

"I vanliga fall, vi kan mäta vattenhastigheter och sedimenttransport genom att vada i floden eller använda en båt, men att göra dessa avgörande mätningar på en istäckt flod är logistiskt utmanande och kan vara extremt farligt om isen är för tunn för att gå på eller när isen håller på att gå sönder, säger Lina Polvi Sjöberg.

Inför dessa logistiska utmaningar, forskargruppen använde en metod som oftast används för att studera jordbävningar:seismiska signaler. Denna teknik har använts i en handfull studier under de senaste fem åren för att studera flodprocesser, men detta är första gången den har använts för att studera en istäckt flod.

Enligt Eliisa Lotsari, universitetslektor vid Östra Finlands universitet och en av medförfattarna, denna nya tillämpning av seismologi öppnar dörrar för att svara på frågor om hur istäckta floder bildas och förändras som tidigare var en svart låda.

"Eftersom tidpunkten och längden av istäcket på nordliga floder kommer att förändras med ett uppvärmande klimat, det är särskilt viktigt att mäta och förstå hur floddynamiken skiljer sig under istäckta kontra isfria förhållanden och under olika typer av isuppbrytning, " hon säger.

Kontinuerliga observationer av sedimenttransport behövs genom hela det istäckta flödet, uppbrott och isfria perioder, för att bättre validera prognoserna för framtida förändringar i norra floder. Eftersom isuppbrytning kan vara den mest dynamiska tidsperioden för nordliga floder, orsakar snabb erosion av flodkanaler och översvämningsrisker, det är också viktigt att kunna avgöra om isbrott sker via lugnare smältning eller dynamisk issprickning.

Forskargruppen genomförde sin studie på Sävarälven, cirka 60 kilometer nordväst om Umeå i norra Sverige, under vintern 2018. Tre geofoner, nävstora seismometrar, begravdes i marken 10 till 40 meter bort från flodkanalen och registrerade eventuella små markvibrationer. Genom att analysera frekvensen, intensitet, och mönster för signalerna, forskarna kunde tolka vad som orsakar signalerna, inklusive vattenturbulens, rörelse av sand och grus på flodbädden, och issprickor.

Tidpunkten för issprickning gjorde det möjligt för dem att tolka om isuppbrytningen är termisk och orsakad av långsam smältning eller mekanisk som orsakas av isblock som går sönder. Issprickor förekommer under hela istäckta vintern, men om antalet issprickor plötsligt ökar precis innan isen försvinner så är uppbrottet mekaniskt och om hastigheten förblir densamma ända fram till uppbrottet är det termiskt. Under studieperioden 2018 på Sävarälven, Isbrottet var termiskt fram till den sista dagen av uppbrottet då antalet issprickor ökade och forskarna observerade avbrutna isblock.

"Denna minimalt invasiva teknik gör att vi kan ha en sekund för sekund täckning av alla processer i och runt floden, så när du väl lär dig att tolka de olika signalerna är det som att någon sitter på platsen och spelar in ännu mer än vi kan se med våra ögon, säger Lina Polvi Sjöberg.