Dal Nilo al Mississippi e dall'Amazzonia allo Yangzi, la civiltà umana è indissolubilmente legata ai grandi fiumi lungo i quali si sono sviluppate le nostre società. Ma i fiumi sono mutevoli, ei benefici che offrono possono trasformarsi rapidamente in disastri quando questi corsi d'acqua cambiano rotta.

Gli scienziati stanno lavorando per capire come i cambiamenti ambientali alterano la dinamica dei fiumi. Un nuovo studio in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze coautore del geomorfologo Vamsi Ganti dell'UC Santa Barbara ha delineato i fattori che determinano la frequenza con cui i fiumi saltano il corso, o avulso, e gli effetti che questo avrà sui delta dei fiumi. I risultati promettono di aiutare scienziati e pianificatori a prepararsi per un futuro di innalzamento del livello del mare e di cambiamento dell'uso del suolo.

I delta contrastano l'innalzamento del livello del mare accumulando sedimenti, che si verifica principalmente vicino a un canale fluviale stesso. Ogni tanto, il fiume cambierà corso attraverso un'avulsione e inizierà a costruire il delta da qualche altra parte. "Quindi le avulsioni sono il modo in cui il fiume sparge i suoi sedimenti su tutto il paesaggio, " ha detto il primo autore Austin Chadwick, uno studioso post-dottorato presso l'Università del Minnesota.

"Le domande che ci poniamo sono la frequenza con cui i fiumi cambiano naturalmente il loro corso, " Lui continuò, "e come cambierà con il cambiamento climatico e l'interferenza umana".

Sfortunatamente, in precedenza non c'era consenso su come i fiumi rispondessero al cambiamento climatico. Alcuni scienziati pensavano che i tassi di avulsione sarebbero aumentati con l'innalzamento del livello del mare, mentre altri prevedevano che sarebbero diminuiti. "Semplicemente non esisteva una teoria unificante per spiegare come la frequenza dell'avulsione fluviale dipenda dal livello del mare, " ha detto Ganti.

Per raddrizzare la situazione, Ganti, Chadwick e il loro coautore Michael Lamb di Caltech, osservazioni combinate dai record geologici e storici con un modello matematico della dinamica fluviale. Concentrandosi su questo specifico problema, miravano ad ottenere finalmente risposte definitive e utili previsioni.

I grandi fiumi tendono ad appiattirsi e decelerare quando si avvicinano all'oceano. Dopo un certo punto, le condizioni a valle del livello del mare iniziano a influenzare il comportamento del fiume in quella che gli scienziati chiamano idrodinamica del ristagno. "Questa è una zona dinamica in cui si verificano depositi ed erosioni nei fiumi costieri, " ha spiegato Ganti.

In un precedente documento, il team aveva dimostrato che le avulsioni si verificano all'interno di questa regione arretrata, che può estendersi molto nell'entroterra. Ad esempio, la zona stagnante del fiume Mississippi raggiunge i 500 chilometri dalla costa. Più profondo, fiumi più piatti come il Mississippi, che hanno regioni arretrate più grandi, quindi hanno delta maggiori.

L'obiettivo dei ricercatori con questo studio era applicare la loro nuova comprensione dell'impatto dell'idrodinamica del ristagno per conoscere la frequenza delle avulsioni stesse.

Utilizzando il modello, e confrontando i loro risultati con i dati sul campo, il team ha scoperto che ci sono tre modi in cui i delta possono rispondere all'innalzamento del livello del mare, che dipendono dall'equilibrio tra il tasso di variazione del livello del mare e il sedimento fornito dal fiume.

Il primo:quando un fiume ha molti sedimenti e l'innalzamento del livello del mare è relativamente lento. Secondo il modello, questi fiumi sono resistenti all'innalzamento del livello del mare, e i loro tassi di avulsione rimangono stabili. Il fiume Giallo cinese ne è un esempio.

Il secondo caso si verifica quando un fiume ha meno sedimenti o il livello del mare si alza più rapidamente. In questo scenario, le avulsioni diventano più frequenti. L'innalzamento dell'oceano favorisce la sedimentazione, e una volta che un canale si riempie a una certa profondità, il fiume salterà il suo corso.

E rappresentando l'estremo, in cui l'innalzamento del livello del mare supera la capacità di un fiume di depositare sedimenti, è il terzo caso. Mentre l'oceano si infiltra nel delta, il fiume raggiungerà il suo massimo tasso di avulsione, e l'intero sistema inizierà a migrare verso l'interno. Gli scienziati non avevano mai saputo di questo caso prima, e la scoperta dei tre regimi insieme spiega le precedenti incongruenze nella letteratura scientifica.

I ricercatori hanno inserito osservazioni e dati nel loro modello per vedere se i vari delta fluviali si sarebbero comportati in modo diverso nelle condizioni climatiche previste. "La risposta è si, per la maggior parte di loro, Chadwick ha detto. "Molti fiumi sperimenteranno avulsioni più frequenti e alcuni fiumi avranno anche avulsioni più all'interno".

Le avulsioni fluviali hanno enormi implicazioni sociali, con il potenziale di causare disordini economici e civili. Gli archeologi ritengono che un cambiamento di rotta del fiume Indo nell'India occidentale abbia direttamente contribuito al declino della civiltà harappana dell'età del bronzo. Più recentemente, le avulsioni portarono all'alluvione del fiume Giallo del 1877 e alle inondazioni della Cina del 1931, due dei disastri naturali più mortali della storia moderna.

An avulsion could have dire consequences for rivers like the Mississippi, where a system called the Old River Control Structure has prevented the river from jumping course since 1963. If the backwater region migrated inland, the river could change course upstream from the facility and bypass it altogether. Millions of gallons of water per minute would course through previously dry land, while the downstream portion of the channel would go completely dry.

The authors have made their model available and accessible to anyone who might want to use it. They were even able to reduce several formulas into a single equation by implementing a few basic assumptions about river conditions and dynamics.

"Groups like the Army Corps of Engineers and the Department of the Interior can use this tool to apply to any delta, " said Chadwick. "And hopefully it will help inform our decisions in these places as we cope with climate change."