Proprio come l’acqua si muove attraverso un fiume, i fiumi stessi si muovono attraverso il paesaggio. Scolpiscono valli e canyon, creano pianure alluvionali e delta e trasportano sedimenti dagli altopiani all'oceano.
Un documento della UC Santa Barbara presenta un resoconto di ciò che determina i tassi di migrazione dei fiumi serpeggianti. I due autori hanno compilato un set di dati globale di questi corsi d'acqua, analizzando come la vegetazione e il carico di sedimenti influiscono sul movimento dei canali.
"Troviamo una tendenza su scala globale tra la quantità di sedimenti trasportati dai fiumi e la velocità con cui migrano, attraverso tutte le variabili", ha affermato l'autore principale Evan Greenberg, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Geografia.
I loro risultati, pubblicati sulla rivista Earth and Planetary Science Letters, contrasto con lavori precedenti che enfatizzavano l’effetto stabilizzante della vegetazione. In questo articolo, i ricercatori evidenziano come l'attività dei fiumi serpeggianti emerga dall'interazione tra la deposizione dei sedimenti e la stabilizzazione delle sponde da parte della vegetazione.
Alcuni dei corsi d'acqua più importanti del mondo sono fiumi serpeggianti, quindi comprendere adeguatamente il loro comportamento è fondamentale per gestire questi fenomeni naturali in un mondo in cambiamento.
Su un'ansa del fiume agiscono due forze, chiamate spinta della barra e trazione della sponda. La spinta della barra si verifica quando la deposizione all'interno di una curva forma un banco di sabbia, che spinge la curva verso l'esterno. Allo stesso tempo, l’erosione sulla sponda opposta spinge la curva ancora più verso l’esterno. Sul primo incide maggiormente il carico sedimentario, sul secondo la presenza stabilizzante della vegetazione.
Gli scienziati hanno proposto varie ipotesi su quale fattore eserciti un'influenza maggiore sulla migrazione dei meandri. "Si tratta di un argomento piuttosto controverso e continua ad andare avanti e indietro", ha affermato l'autore senior Vamsi Ganti, consulente di Greenberg e professore associato nel dipartimento di geografia.
Per studiare queste dinamiche, Greenberg e Ganti hanno raccolto le misurazioni esistenti dei tassi di migrazione dei fiumi e hanno aggiunto dati provenienti da circa altri 60 fiumi. Complessivamente, hanno compilato dati su 139 fiumi tortuosi in tutto il mondo, che abbracciano diverse regioni, climi, dimensioni e regimi di vegetazione. I ricercatori hanno modellato ciascun canale fluviale come una serie di segmenti di linea utilizzando immagini satellitari. Hanno quindi potuto monitorare il modo in cui questi segmenti si sono spostati nel tempo per misurare la migrazione del fiume.
Il paradigma principale era che la vegetazione rallenta questa migrazione stabilizzando la sponda esterna contro l’erosione. Ciò contrastava con le prove sperimentali che suggerivano che il carico di sedimenti potrebbe essere un fattore influente. L'attrazione delle sponde è più forte nei fiumi privi di vegetazione, ma come hanno scoperto Greenberg e Ganti, anche questi tendono ad avere un maggiore apporto di sedimenti, rendendo difficile distinguere i contributi relativi dei due processi.
Ma l’analisi di Greenberg e Ganti ha rivelato una tendenza chiara:la migrazione è stata più rapida per i fiumi che trasportavano grandi quantità di sedimenti rispetto alle loro dimensioni. Il modello ha anche mostrato che la vegetazione rallenta la migrazione del fiume, come suggerito da studi precedenti. Tuttavia, l’effetto è stato molto più modesto, con fiumi privi di vegetazione che migravano quattro volte più velocemente rispetto a fiumi di dimensioni simili, rispetto all’aumento di 10 volte riportato da alcuni dei loro colleghi. Ciò suggerisce che la spinta della barra ha un'influenza maggiore sui fiumi tortuosi rispetto alla trazione sulle sponde.
Detto questo, il comportamento del fiume deriva dalla confluenza dei due processi. "Non è possibile che uno domini l'altro in un fiume serpeggiante", ha detto Ganti. "Se non hai abbastanza sedimenti, la spinta delle sponde supererà la spinta delle barre e ti ritroverai con un fiume intrecciato. E quindi è proprio l'equilibrio tra la spinta delle barre e la spinta delle sponde che crea questi fiumi tortuosi e stabili. "
Le dighe forniscono un caso di studio già pronto per indagare i contributi di questi due meccanismi, poiché le strutture intrappolano i sedimenti ma influiscono poco sulla vegetazione. Quando gli autori hanno osservato il movimento di tre fiumi nordamericani al di sopra e al di sotto di importanti dighe, hanno scoperto che i tassi di migrazione rallentavano a valle, dove il fiume era privo di sedimenti. Ora potevano essere certi che il carico di sedimenti stava guidando la migrazione dell'ansa.
Greenberg sta studiando ulteriormente gli effetti che le dighe hanno non solo sui fiumi tortuosi, ma su tutti i tipi di fiumi che hanno pianure alluvionali. "Vogliamo sapere quali effetti hanno le dighe sulla migrazione dei fiumi", ha affermato.
Molti dei corsi d’acqua più importanti del mondo sono fiumi serpeggianti e centinaia di milioni di persone vivono lungo le loro pianure alluvionali, ha affermato Ganti. "Quindi sapere come si muovono i fiumi è importante per gestire i rischi derivanti dalla migrazione delle sponde.
In articoli precedenti, Ganti ha documentato come l'innalzamento del livello del mare e i cambiamenti nell'apporto di sedimenti potrebbero influenzare le dinamiche dei fiumi in futuro.
I risultati dipingono un quadro di fiumi più attivi e meno prevedibili, soprattutto se combinati con condizioni meteorologiche più estreme e cambiamenti nell’uso del territorio. Ad esempio, gli scienziati prevedono che molti fiumi vedranno un aumento dell’offerta di sedimenti. "Più sedimenti significano che i fiumi possono fare più cose", ha osservato.
Ganti prevede di ampliare la portata del proprio modello. Mentre i geografi e gli scienziati della Terra si sono storicamente concentrati sui fiumi serpeggianti, la maggior parte dei corsi d'acqua del pianeta sono fiumi erranti e multi-filo, ha detto. Lui e Greenberg stanno lavorando per quantificare la mobilità fluviale in generale, attraverso le numerose categorie di fiumi.
Idealmente, vogliono sviluppare un modello in grado di descrivere la migrazione di un fiume mentre cambia tipo lungo tutta la sua lunghezza, dalla sorgente al mare.
Ulteriori informazioni: Evan Greenberg et al, Il ritmo dei meandri dei fiumi globali influenzato dall'apporto di sedimenti fluviali, Earth and Planetary Science Letters (2024). DOI:10.1016/j.epsl.2024.118674
Informazioni sul giornale: Lettere sulla scienza della Terra e del pianeta
Fornito dall'Università della California - Santa Barbara
