Исследователи думают, что выяснили причину странного поведения рек

На протяжении всей истории человечества важнейшие города мира процветали на берегах рек. Но реки могут быть и разрушительной силой. Они регулярно разливаются, а в редких случаях могут резко менять русло.

Такие "прыжки" русла, называемые авульсиями, вызвали одни из самых смертоносных наводнений в истории человечества.

В конце 19-го и начале 20-го веков в результате авульсий на китайской Желтой реке погибло более 6 миллионов человек. Подобные события были связаны с упадком месопотамской цивилизации вдоль рек Тигр и Евфрат на территории современных Ирака, Кувейта, Турции и Сирии.

В недавно опубликованном исследовании мы с коллегами составили карту глобального распределения оврагов на речных веерах и дельтах. Мы использовали спутниковые снимки более 100 рек с 1973 года по настоящее время, обеспечив полувековой обзор глобальной эволюции рек с высоты птичьего полета.

Мы обнаружили 113 событий, связанных с авульсиями рек в умеренном, тропическом и сухом климате. Из них 33 события произошли на аллювиальных вентиляторах. Эти формы суши развиваются, когда реки стекают с гор или каньонов на открытую равнину или в океан и растекаются, откладывая грязь и гравий в треугольной форме.

Другие 80 событий произошли в дельтах рек - плодородных, низменных регионах, где медленно текущие реки разветвляются на множество каналов, которые впадают в озера или океан, создавая сети болот.

Мы использовали этот новый набор данных, чтобы ответить на простой вопрос: Что определяет, где происходят овраги?

Вода ищет самый низкий путь

Авульсии возникают из-за отложения осадочных пород. Со временем реки откладывают осадочный материал в месте оврага, загромождая реку наносами. Вода всегда течет вниз по склону, поэтому по мере того, как ее текущее русло становится все более заблокированным, она в конце концов перескакивает на новое место.

Подобно землетрясениям, обвалы рек происходят периодически в одних и тех же местах. Они рассеивают осадочный материал и воду по поймам рек, создавая характерную треугольную форму этих образований.

Один из последних примеров произошел в 2008 году, когда река Коси в Индии за несколько дней изменила свое русло более чем на 60 миль (100 километров), в результате чего более 3 миллионов человек были вынуждены покинуть свои дома.

В США река Миссисипи много раз меняла свое русло за последние 7 000 лет. Сегодня в центральной части Луизианы многоплотинная контрольная конструкция не дает ей выйти из берегов и соединиться с рекой Атчафалайя, но ученые предупреждают, что меганаводнение может преодолеть эти барьеры, что приведет к масштабному экономическому ущербу на юге Луизианы.

Река может менять русло не более одного раза в течение многих десятилетий или даже столетий. Понимание того, где происходят такие события, у ученых слабое и опирается в основном на несколько детальных наблюдений за крупными дельтами, а также на лабораторные и компьютерные модели.

Три вида авульсий

Наша глобальная база данных выявила три различных типа авульсий.

Во-первых, 33 авульсии на аллювиальных вентиляторах произошли, когда реки вышли из каньонов. Когда реки больше не текли по замкнутым долинам, они могли разливаться в ту или иную сторону в направлении самых низких участков земли.

На 80 обвалов, произошедших на дельтах, повлияли силы в их подпорных водах. Подпор реки - это зона, где на скорость течения влияет наличие океана или озера в конце реки. В этой зоне течение реки либо замедляется, либо ускоряется в ответ на изменение условий наводнения. Ученые могут оценить длину подпора по размеру и уклону реки.

Например, длина подпора реки Миссисипи составляет почти 300 миль (480 километров), что означает, что на скорость ее течения влияет Мексиканский залив вплоть до точки к северу от Батон-Руж, штат Луизиана. У более крутых рек длина подпора может составлять всего 0,6 мили (1 километр).

Когда река течет нормально, она замедляется в своем подпорном участке и сбрасывает осадки на русло. Однако во время наводнений больший объем быстро движущейся воды размывает русло реки.

Этот эффект начинается в устье реки и движется вверх по течению, в направлении, противоположном течению воды, стирая часть отложений, накопившихся до наводнения.

В конечном итоге, такое взаимодействие между седиментацией и эрозией приводит к засорению реки наносами в месте, которое примерно совпадает с длиной обратного течения.

Наша база данных показала, что 50 из 80 событий авульсии, произошедших на дельтах, произошли примерно на длине обратного течения.

Например, река Кататумбо в Южной Америке в 1982 году изменила русло примерно на 6,5 мили (10,5 км) вглубь от места впадения в венесуэльское озеро Маракайбо - близко к длине подпора, которая составляет 8,5 мили (13,7 км).

Некоторые реки могут менять русло далеко вверх по течению

Однако мы также обнаружили новый класс авульсий на дельтах, которые не отражают ни ограничение долины, ни длину обратного течения. Эти реки меняли русло далеко вверх по течению от места, где они попадали в озера или океаны в своих устьях.

Эти дельты находились либо на крутых тропических островах, таких как Мадагаскар и Папуа-Новая Гвинея, либо в пустынной местности, например, в Эритрее. В этих местах реки во время паводков несут исключительно большое количество осадочных пород.

Когда реки разливаются, они размывают свои русла, начиная от устья и двигаясь назад далеко вверх по течению, подобно крупным рекам, таким как Миссисипи.

Однако сочетание длительной типичной продолжительности паводков и исключительно высоких наносов во время половодья позволяет эрозии продвигаться далеко вверх по течению.

В результате эти реки могут менять русло намного выше зоны подпора, где происходят овраги в больших прибрежных реках.

Больше воды, больше наносов

Наше описание этих трех типов авульсий дает первую основу для прогнозирования того, где реки будут менять русло на веерах и дельтах по всему миру. Эти выводы имеют важнейшие последствия, особенно для дельт рек, в которых проживает около 340 миллионов человек по всему миру.

Большинство дельт находится всего на несколько футов выше уровня моря, а некоторые из них очень густо населены, например, дельты рек Меконг и Ганг-Брахмапутра.

Наши результаты показывают, что места авульсий в дельтах могут перемещаться из своих исторических мест в новые районы.

Быстрое повышение уровня моря может переместить места оврагов вглубь дельт, подвергая новые сообщества риску катастрофических наводнений.

Мы также обнаружили, что реки из второй группы - те, где авальсии происходят в зоне подпора - могут перейти в третью группу, где авальсии происходят значительно дальше вверх по течению. Мы обнаружили, что это может произойти, если изменится типичная продолжительность наводнений на реке или количество наносов в реке.

Изменение климата уже привело к увеличению паводков во многих частях мира и смыву большего количества отложений в реки.

Изменения в землепользовании, такие как преобразование лесов в сельскохозяйственные угодья, также увеличивают количество наносов. На мой взгляд, крайне важно понять, как такие изменения могут повлиять на динамичные, изменчивые речные системы - и на людей, которые живут вокруг них - далеко в будущем.The Conversation

Вамси Ганти, доцент кафедры географии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.