Kredit:Curioso.Photography/Shutterstock
Sett uppifrån kan världens största floder kännas igen på sina serpentinkurvor. Men hur bildas dessa former, förändras de över tiden och spelar det någon roll? Vi vände oss till vår flodsystemexpert, Carmelo Juez.
Vatten rinner nedför backen och följer minsta motståndets väg. Och med tiden kan flödet av en flod skära sig genom berg i jakten på denna nedåtgående bana. Så det verkar kontraintuitivt att de ofta blir längre och mer vindlande med tiden, snarare än rakare.
Men enligt Juez är det en missuppfattning att floder ska följa en rak väg från sluttningar till låglandet. Floder utvecklar krökar och slingrar, ökar motståndet och minskar kanalgradienter för att hantera vattenenergin när de korsar översvämningsslätter.
"Geometrin på dessa minimerar energiförbrukningen vid varje flodsektion. Tänk på att gå nerför ett berg, du kan gå rakt ner men det tar mindre ansträngning att sicksacka ner," förklarar Juez. När en flod flyter bär den sediment med sig, eroderar vissa stränder och förstärker andra.
"De enda floder med en enhetlig och regelbunden geometri är konstgjorda. Dessa är floder som har kanaliserats för civil infrastruktur, som skydd mot översvämningar, eller för att vinna jordbruksmark", sammanfattar Juez.
En lång och slingrande stig
Så vad bestämmer specifikt formen på en flod, och hur kan det förändras över tiden? En flods väg påverkas huvudsakligen av två nyckelfaktorer som kallas "regimer":flöde och sediment.
Flödesregimen handlar om hastigheten och tidpunkten för vattenflödet, som påverkas av klimatvariabler som nederbörd och lufttemperatur. Medan mängden, typen och tidpunkten för sedimentavlagring, såväl som lokal topografi, också påverkar flodens väg, liksom interaktionen mellan sediment och vatten.
Juez tidigare arbete i SEDILAND-projektet, som stöddes av Marie Skłodowska-Curie Actions-programmet, visade hur dessa dynamiska processer är känsliga för markanvändning och förändringar i marktäcket.
Genom att analysera 15 års hydrologiska och sedimentuppgifter från fyra avrinningsområden i de spanska Pyrenéerna med liknande geofysiska egenskaper, föreslog Juez analys att markanvändning och marktäcke bestämmer tidsskalorna för förändringar av sedimentregimer.
Som SEDILAND också betonade kan förändringar i marktäckning och användning antingen hjälpa eller hindra motståndet mot klimatförändringar som kan förändra strömflödet och sedimentavsättningen.
"Klimatförändringar varierar tidpunkten för säsongsbetonad nederbörd, snösmältning eller smältning av glaciärbassänger, vilket orsakar översvämningar som kan erodera bankar. Det kan också påverka sedimentproduktionen – med torrare bassänger, mer extrema termodynamiska åtgärder, förändringar i isbildning och smältcykler – allt förändrar Sedimentleverans i flodsystem," tillägger Juez. "Om dessa händelser blir mer frekventa och utdragna kommer de att ändra formen och vägen för floder."
Men detta är inte en linjär process, eftersom förändringar i markanvändningen, ibland som klimatreducerande åtgärder, i sig kan få oförutsedda konsekvenser. Till exempel rapporterade en studie att en skogsutvidgning av flodavrinningsområdet i de spanska Pyrenéerna plötsligt tömde flodbädden på sediment.
Högteknologiska flodsystemsprognoser
Tidigare har flodbäddens morfologi och sedimentregimens egenskaper undersökts längs flodsektioner av varierande längd, med platser valda utifrån marktäckesförändringar, såsom beskogning eller bete.
"Eftersom data var platsspecifika var data begränsade. Nuförtiden kan obemannade flygfarkoster i kombination med maskininlärningsalgoritmer koppla orsakerna och konsekvenserna av lokaliserade flodsystemförändringar till långsiktiga globala störningar. Jag förväntar mig att probabilistisk modellering snart kommer att ge oss en ännu mer korrekt och holistisk syn", avslutar Juez.
Så de komplexa vändningarna i en flod berättar historien om det omgivande landskapet och klimatet - och var floden kan slingra sig härnäst. + Utforska vidare
