Precis som vatten rör sig genom en flod, rör sig floder själva över landskapet. De skär dalar och kanjoner, skapar översvämningsslätter och deltan och transporterar sediment från höglandet till havet.
En tidning från UC Santa Barbara presenterar en redogörelse för vad som driver migrationshastigheterna för slingrande floder. De två författarna sammanställde en global datauppsättning av dessa vattendrag och analyserade hur vegetation och sedimentbelastning påverkar kanalrörelser.
"Vi hittar en global trend mellan mängden sediment som floder bär och hur snabbt de migrerar, över alla variabler", säger huvudförfattaren Evan Greenberg, doktorand vid institutionen för geografi.
Deras resultat, publicerade i tidskriften Earth and Planetary Science Letters, kontrast till tidigare arbeten som betonade vegetationens stabiliserande effekt. I den här artikeln belyser forskarna hur aktiviteten hos slingrande floder uppstår ur samspelet mellan sedimentavsättning och bankstabilisering genom vegetation.
Några av världens viktigaste vattenvägar är slingrande floder, så att korrekt förstå deras beteende är avgörande för att hantera dessa naturfenomen i en föränderlig värld.
Två krafter, kallade bar push och bank pull, verkar på en flodböj. Stångknuff uppstår när avsättning på insidan av en krök bildar en sandbank, som trycker kurvan utåt. Samtidigt drar erosion på den motsatta stranden kröken ännu längre utåt. Sedimentbelastningen har en starkare effekt på den förra, medan den stabiliserande närvaron av vegetation har större inverkan på den senare.
Forskare har föreslagit olika hypoteser om vilken faktor som utövar ett starkare inflytande på slingrande migration. "Det här är ett ganska kontroversiellt ämne och fortsätter att gå fram och tillbaka", säger seniorförfattaren Vamsi Ganti, Greenbergs rådgivare och docent på geografiavdelningen.
För att undersöka denna dynamik, sammanställde Greenberg och Ganti befintliga mätningar av flodmigrationshastigheter och lade till data från cirka 60 ytterligare floder. Sammantaget sammanställde de data om 139 slingrande floder över hela världen, som spänner över olika regioner, klimat, storlekar och vegetationsregimer. Forskarna modellerade varje flodkanal som en serie linjesegment med hjälp av satellitbilder. De kunde sedan spåra hur dessa segment skiftade över tiden för att mäta flodens migration.
Det ledande paradigmet var att vegetationen bromsar denna migration genom att stabilisera den yttre stranden mot erosion. Detta stod i kontrast till experimentella bevis som tyder på att sedimentbelastning kan vara en inflytelserik faktor. Bankdragningen är starkare i obevuxna floder, men som Greenberg och Ganti upptäckte tenderar dessa också att ha högre sedimenttillgång, vilket gör det svårt att särskilja de relativa bidragen från de två processerna.
Men Greenberg och Gantis analys avslöjade en tydlig trend:migrationen var snabbare för floder som bar mycket sediment i förhållande till deras storlek. Modellen visade också att vegetation saktar ner flodvandringen, vilket tidigare studier föreslagit. Effekten var dock mycket mer blygsam, med obevuxna floder som migrerade fyra gånger snabbare än motsvarigheter av liknande storlek, snarare än den 10-faldiga ökningen som rapporterats av några av deras kollegor. Detta tyder på att stångtryck har ett starkare inflytande på slingrande floder än bankdrag.
Som sagt, flodbeteende flödar från sammanflödet av de två processerna. "Du kan inte låta den ena dominera den andra i en slingrande flod," sa Ganti. "Om du inte har tillräckligt med sedimenttillförsel, kommer bankdraget att överstiga stångtrycket, och du kommer att sluta med en flätad flod. Och så är det egentligen balansen mellan stångtrycket och bankdraget som skapar dessa stabila slingrande floder. "
Dammar ger en färdig fallstudie för att undersöka bidragen från dessa två mekanismer, eftersom strukturerna fångar sediment men knappast påverkar vegetationen. När författarna tittade på rörelsen av tre nordamerikanska floder ovanför och under anmärkningsvärda dammar, fann de att migrationshastigheterna saktade nedströms, där floden svältes på sediment. De kunde nu vara säkra på att sedimentbelastningen drev kurvmigration.
Greenberg undersöker ytterligare effekten av dammar inte bara på slingrande floder, utan på alla typer av floder som har översvämningsslätter. "Vi vill veta vad dammar gör med migrationen av floder," sade han.
Många av världens viktigaste vattendrag är slingrande floder, och hundratals miljoner människor bor längs deras översvämningsslätter, sa Ganti. "Så att veta hur floder rör sig är viktigt för att hantera riskerna som följer med bankmigrering.
I tidigare artiklar har Ganti dokumenterat hur höjning av havsnivån och förändringar i sedimenttillgången kan påverka floddynamiken i framtiden.
Resultaten målar upp en bild av mer aktiva, mindre förutsägbara floder, särskilt i kombination med mer extremt väder och förändrad markanvändning. Till exempel förutspår forskare att många floder kommer att se ökad sedimenttillgång. "Mer sediment betyder att floder kan göra fler saker", anmärkte han.
Ganti planerar att bredda omfattningen av sin modell. Medan geografer och jordforskare historiskt har fokuserat på slingrande floder, är majoriteten av planetens vattendrag vandrande, flertrådiga floder, sa han. Han och Greenberg arbetar med att kvantifiera flodrörlighet i allmänhet, över de många kategorierna av floder.
Helst vill de utveckla en modell som kan beskriva en flods migration när den byter typ längs hela sin längd, från huvudvatten till hav.
Mer information: Evan Greenberg et al, Tempot för global flodslingring påverkad av fluvial sedimenttillförsel, Earth and Planetary Science Letters (2024). DOI:10.1016/j.epsl.2024.118674
Journalinformation: Earth and Planetary Science Letters
Tillhandahålls av University of California - Santa Barbara
