En flods enda konsekventa attribut är förändring. Som den grekiske filosofen Herakleitos anmärkte, "Ingen man kliver någonsin i samma flod två gånger." Även om denna dynamiska natur ofta är utom synhåll, att glömma det har lett till många historiska katastrofer.

Nyligen, UC Santa Barbara geomorfolog Vamsi Ganti och hans medarbetare publicerade en studie som fann att höjning av havsnivån kommer att få floder att hoppa kurs, eller avuls, oftare på deltan än tidigare. Nu har hans team upptäckt att en perfekt storm av faktorer – inklusive större översvämningar och finare sedimentstorlek – kommer att göra det möjligt för dessa destruktiva händelser att inträffa längre och längre in i landet. Deras resultat, som dyker upp i Geofysiska forskningsbrev , varna för stora katastrofer som är redo att drabba många stadskärnor som historiskt sett aldrig behövt oroa sig för dessa frågor.

På stora, relativt platta floder, avulsion tenderar att inträffa i bakvattnet, Ganti förklarade. "Detta är den zon över vilken floden strömmar känner effekten av havsnivån." Denna region börjar vid flodens mynning och kan sträcka sig relativt långt in i landet. Till exempel, Mississippiflodens bakvatten sträcker sig 500 kilometer från kusten.

Teamet letade igenom satellit- och fjärranalysdata efter historiska avulsioner och kom över Madagaskars unika delta. Ön har en mängd korta floder som rinner ner från bergen med mycket fina sediment. Detta beror på de saprolitiska jordarna - lösa, mjuka jordar gjorda av silt och sönderfallande berg – som dominerar landets högland. Förvärrat av skenande avskogning på ön, de exponerade jordarna matar öns grumliga, röda floder och gör det till en av de snabbaste eroderande platserna på jorden, enligt huvudförfattaren Sam Brooke, en postdoktor vid institutionen för geografi.

Med hjälp av flera satellitbilder tagna sedan slutet av 1970-talet, Brooke skapade tidsserieanimationer som kommunicerar hur snabbt Madagaskars floddeltat utvecklas. Med hjälp av denna data, han kunde få reda på flodernas utsläppshastigheter samt hur lång tid kanalerna förblev fulla under översvämningar.

Att kombinera data med satellitbilder ledde till en överraskande slutsats. Avulsionerna inträffade inte någonstans i närheten av flodernas bakvattenzoner. "[Istället, de var] omkring 20 gånger [längre] uppströms, Brooke mindes, "långt utanför där vi skulle förvänta oss att de skulle vara baserade på [...modeller] som använder enkel bakvattenskala." Forskarna insåg att de var tvungna att uppdatera sina modeller av var avulsioner inträffar på deltan.

En bättre modell

Teamets utökade teori kokar ner till en enkel relation. Två processer pågår i flodkanaler - varaktigheten av översvämningar, och den tid det tar för floden att anpassa sig till förändringar. De relativa tidsskalorna för dessa fenomen dikterar var avulsionerna inträffar.

Om översvämningarna är kortare än den tid det tar för floden att anpassa sig, då begränsas erosion och deponering till bakvattenzonen. Dock, om översvämningar varar längre än det tar för floden att anpassa sig, erosion under översvämningar kan färdas långt uppströms flodmynningen, vilket gör det möjligt för älven att mylla mycket längre in i landet.

Stora platta floder, som Mississippi, förändras långsamt, men branta floder med mycket fina sediment kan anpassa sig ganska snabbt. "Hela kanalen kan återuppbyggas inom bakvattenzonen i en given översvämning, sa Ganti, "och erosion kan fortplanta sig mycket längre uppströms." Detta är fallet för floder som de på Madagaskar, som är relativt branta och har mycket fint sediment.

En flod svämmar över när den bär tillräckligt med vatten för att överträffa sina stränder. Och under större delen av sin längd, en översvämmad vattenväg kommer att göra just det. Men vattennivån begränsas av havsnivån nära flodens mynning upp genom bakvattenzonen. Så den ökade volymen vatten under översvämningar börjar röra sig snabbare, ökad erosion, och skura flodbädden djupare.

Denna erosionsvåg kan sedan spridas uppströms när översvämningsförhållandena fortsätter, vilket gör det möjligt för floden att strömma långt uppströms från bakvattenzonen - mycket längre än väntat.

En olycklig bild framträder

"Klimatmodeller förutspår att extrema översvämningar kommer att inträffa oftare i en värmande värld, " sa Ganti. Som ett resultat, avulsionerna kan börja röra sig ännu längre in i landet på floder runt om i världen.

Men utsläpp av växthusgaser är inte den enda mänskliga aktiviteten som påverkar floder. Sand och grus är viktiga komponenter i konstruktion och infrastruktur, och människor bryter nu dessa resurser i massiv skala. Tyvärr, dessa utgör den grova fraktionen av alluvialt sediment, vilket gör att vår verksamhet leder till finare sediment på många platser. Floder kan bära mer av detta finkorniga material, och den ökade belastningen minskar den tid det tar för kanaler [?] att byta. Ännu en gång, detta gör att avulsionerna kan ske längre uppströms.

Vad mer, Havsnivåhöjningen driver själva bakvattenzonen längre in i landet. Dessa tre faktorer kombineras för att skapa det perfekta receptet för stora avulsioner att inträffa allt längre in i landet på deltan, Ganti förklarade. Detta kan leda till en ökande trend av bostäder, liv och försörjning förlorade på grund av extrema översvämningar, troligen på platser som aldrig behövt hantera dessa faror historiskt.

Och enligt teamets tidigare papper kommer dessa händelser också att bli vanligare när havsnivån stiger.

"Vi bör rusta oss för avulsion som en allvarlig översvämningsrisk i framtiden, "Vamsi varnade.

Floddeltat har alltid varit en kritisk resurs för mänskligheten, utnyttjas för jordbruk, transporter och industri. Många av civilisationens största städer har vuxit ut längs stranden av världens stora vattendrag. Deras dynamik har alltid utgjort en utmaning för samhället, men när floder blir mindre förutsägbara och mer flyktiga, forskare säger, vi kommer att behöva vidta fler försiktighetsåtgärder för att säkerställa vår säkerhet och välbefinnande.