Sotto la superficie dei fiumi si nasconde un pericolo che non è ben compreso, ma potrebbe devastare le persone e le comunità vicino all'acqua.

I cambiamenti nei modelli meteorologici possono essere inquietanti canali fluviali che sono stati storicamente robusti, portandoli verso due estremi:erosione accelerata o inondazioni sovraccaricate.

Ora uno scienziato della St. Louis's Washington University sta avviando un nuovo esperimento che potrebbe anticipare, e forse anche prevenire, i danni causati da intense piogge, un problema che ha assunto maggiore urgenza dopo che un acquazzone da record ha allagato St. Louis la scorsa settimana.

"Siamo interessati a cosa succede quando l'acqua colpisce il suolo", ha affermato Claire Masteller, geomorfologa della Washington University che guida il progetto. "E come il paesaggio deve adattarsi per far fronte al fatto che la quantità di acqua che colpisce il suolo sta cambiando."

Masteller e il suo team stanno allestendo un laboratorio in grado di simulare le inondazioni nei sistemi fluviali di tutto il mondo. I ricercatori faranno sgorgare le acque alluvionali attraverso tubi e scatole di rocce e ghiaia per studiare come si evolve la struttura dei letti dei fiumi con il cambiamento delle precipitazioni.

E gli scienziati stanno guardando.

L'impatto del cambiamento climatico sui sistemi fluviali è difficile da capire, perché i fattori che sono più semplici da studiare sulla terraferma, come la temperatura e le precipitazioni, diventano molto più complicati quando vengono filtrati attraverso il ciclo dell'acqua, ha affermato Jason Knouft, uno scienziato d'acqua dolce della St. Louis University chi non è coinvolto nello studio.

Il progetto di Masteller potrebbe illuminare dettagli critici, ha affermato, dell'impatto del cambiamento climatico su fiumi specifici.

"E questo ha ogni sorta di implicazioni per gli ecosistemi, gli usi umani dei sistemi fluviali e la sicurezza idrica", ha affermato Knouft.

La forma anche dei canali fluviali più grandi inizia con le rocce più piccole sul letto di un fiume.

Ciottoli di ogni forma e dimensione sono bloccati in un delicato equilibrio tra attrito, gravità e lo strattone della corrente d'acqua.

Quando la corrente che scorre sul letto del fiume è dolce, comprime i ciottoli sporgenti in uno schema più compatto, rendendo il fiume più resistente all'erosione.

Ma se il flusso del fiume si rafforza abbastanza da superare le forze che tengono ferme le rocce, quelle che sporgono più fuori dal letto del fiume vengono trascinate a valle. E quando i grossi ciottoli si muovono, spostano i loro vicini, formando una massa mobile di sedimenti che scorre a valle.

In altre parole, il canale si erode. Il fiume si allarga. Flussi più forti strappano più rocce dal letto del fiume, lasciando dietro di sé una superficie frastagliata di bordi sporgenti. E più rocce sporgono dal letto del fiume, più facile è per l'acqua raccoglierle.

"Questi sono i punti deboli del letto che possono dare il via all'erosione", ha detto Masteller.

Questo equilibrio naturale tra erosione e compattazione è la chiave del modo in cui i fiumi evolvono la loro forma nel tempo. Gli scienziati hanno scoperto che i corsi d'acqua si allargano con flussi d'acqua intensi, come le inondazioni, finché non sono abbastanza grandi da consentire l'allagamento ogni due anni circa.

Il cambiamento climatico getta una chiave inglese nel sistema.

Nel Missouri, l'aumento delle temperature dovrebbe aumentare la frequenza delle tempeste estreme, come quella che ha scaricato piogge record su St. Louis la scorsa settimana, rendendo più comuni gli ingredienti necessari per le grandi tempeste.

E poiché più tempeste bombardano più fiumi con più inondazioni, i sedimenti del letto del fiume potrebbero non avere il tempo di bloccarsi naturalmente insieme, temono i ricercatori. Ciò significherebbe che il canale sarebbe costantemente vulnerabile all'erosione.

"Quando arriva un altro grande temporale", ha detto Masteller, "il letto del fiume è già pronto per partire."

D'altra parte, si prevede che il cambiamento climatico prosciugherà alcune regioni come l'Occidente, lasciando i fiumi più dipendenti dall'acqua che gocciola dallo scioglimento della neve. Ciò potrebbe lasciare un flusso molto basso per consentire ai grani di compattarsi più strettamente, sviluppando resistenza all'erosione.

E se il fiume non può erodere per accogliere una tempesta, l'acqua deve andare da qualche altra parte.

"Il nostro contenitore è troppo piccolo, quindi l'acqua in più deve finire sopra", ha detto Masteller.

Per comprendere meglio le dinamiche, Masteller ha allestito un acquascivolo sperimentale.

L'installazione da $ 250.000, chiamata flume, è un canale con pareti di vetro rivestito di rocce di fiume attraverso il quale gli scienziati possono far sgorgare l'acqua per simulare le inondazioni. Si inclina su e giù per simulare diverse pendenze.

"Possiamo sollevarlo fino al soffitto e prendere delle cose piuttosto nodose", ha detto Masteller.

Fondamentalmente, ha detto, possono modellare qualsiasi cosa, dal fiume Mississippi ai torrenti di montagna delle Alpi svizzere.

Ed è quello che faranno. Creeranno diversi tipi di canali di ruscello nel canale che corrispondono a diversi fiumi e li sottoporranno ciascuno a inondazioni per testare come risponde.

Un caotico mix di rocce grandi e piccole imiterà i fiumi di montagna. Una miscela più uniforme di ghiaia piccola e di dimensioni simili rappresenterà i fiumi di pianura.

"Stiamo iniziando con l'elemento costitutivo più fondamentale", ha detto Masteller, "che è letteralmente cosa fa un singolo chicco quando ci scorre sopra l'acqua?"

I sedimenti scorreranno lungo il tubo nella scala in quantità variabili a seconda della potenza dell'inondazione e degli ingredienti del letto del fiume. I ricercatori peseranno il pescato usando un cesto appeso alla bocca del canale per quantificare quanta erosione si verifica con ogni modello di inondazione. Scatteranno foto del letto del fiume stesso per quantificare quante rocce sporgono dalla superficie.

Allo stesso tempo, faranno scorrere l'acqua attraverso tavole di ruscelli più ampie, in pratica grandi sabbiere, per capire meglio come la forma di un fiume può cambiare con l'erosione.

Allora la scienza andrà in aereo. I ricercatori attingeranno a immagini laser, chiamate LIDAR, catturate dal Servizio geologico degli Stati Uniti, che misura la topografia di un paesaggio fino alla scala di un metro. Confronteranno la larghezza dei fiumi catturati dal sistema di mappatura prima e dopo gli eventi di inondazione e vedranno se ciò che apprendono in laboratorio corrisponde a ciò che accade nei fiumi reali.

"Quelli sono i nostri casi di prova in realtà, per andare dalla scala dei grani alla scala del paesaggio", ha affermato Masteller.

Non sono ancora del tutto sicuri di come la loro idea si trasformerà in flussi diversi. Una teoria è che i fiumi di pianura potrebbero allargarsi e inghiottire strade, case e comunità circostanti. Questo perché quei tipi di letti di fiumi, con rocce più piccole e di dimensioni uniformi, ha detto Masteller, sono come un letto di biglie. Se tutte le biglie in un canale di fiume hanno le stesse dimensioni, ci sarà ancora spazio tra di loro anche quando sono imballate il più vicino possibile.

Nei torrenti di montagna, tuttavia, una disposizione tumultuosa di rocce di diverse dimensioni potrebbe combaciare più facilmente, creando una superficie più resistente all'erosione e soggetta a inondazioni.

"Se hai molti grani diversi di molte dimensioni diverse, puoi in qualche modo colmare le tue lacune", ha detto Masteller.

L'obiettivo finale è un modello matematico in grado di prevedere quali fiumi sono a più alto rischio di erosione accelerata o inondazioni sovraccaricate. Gli scienziati potrebbero utilizzare queste previsioni per evitare che il disastro si riversi sugli esseri umani, ha affermato Masteller, rafforzando i sistemi di acqua piovana o rafforzando le banche, ad esempio.

Knouft, lo scienziato della St. Louis University, ha affermato che la ricerca potrebbe essere fondamentale per rendere i fiumi più resilienti quando il clima si riscalda.

"Non possiamo farlo senza il tipo di informazioni che questo progetto sta sviluppando", ha detto Knouft. + Esplora ulteriormente

Impatto del clima sulla chimica dei fiumi negli Stati Uniti

2022 il St. Louis Post-Dispatch.
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