Новое исследование впервые выявило последние 500 лет истории наводнений на реке Миссисипи. Это показывает резкое увеличение размера и частоты экстремальных наводнений в прошлом столетии - в основном из-за проектов по выпрямлению, руслу и связыванию реки искусственными дамбами.
Новое исследование, проведенное учеными из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), также выявило четкую закономерность на протяжении веков, связывающую наводнения на Миссисипи с естественными колебаниями температуры воды в Тихом и Атлантическом океанах. Этот недавно восстановленный долгосрочный отчет обеспечивает исторический контекст, который проливает свет на то, как более поздние речные инженерные сооружения усилили наводнения до беспрецедентного уровня.
«Наводнения, которые мы пережили за последнее столетие, больше, чем все, что мы видели за последние 500 лет», - сказал Сэм Муньос, бывший научный сотрудник WHOI и ведущий автор исследования. опубликовано 5 апреля 2018 года в журнале Nature. Исследование показывает, что за последние 150 лет масштабы 100-летнего наводнения - наводнения, вероятность возникновения которого в любой конкретный год - составляет 1 процент, - увеличились примерно на 20 процентов. Исследовательская группа обнаружила, что около трех четвертей этой повышенной опасности наводнения можно отнести к антропогенным изменениям реки и ее бассейна.
«Давно возник вопрос о том, в какой степени все изменения, которые мы внесли в реку Миссисипи - одну из самых искусственных рек в мире - изменили вероятность действительно больших наводнений», - сказал Муньос. сейчас доцент Северо-восточного университета.
Чтобы ответить на этот вопрос, ученые использовали метод, который палеоклиматолог WHOI Джефф Доннелли впервые применил в прибрежных районах океана для отслеживания истории ураганов: извлечение длинных кернов донных отложений из озер и болот.
«Это похоже на то, как воткнуть соломинку в молочный коктейль, положить большой палец сверху и вытащить его», - сказал Доннелли, один из руководителей исследования. В этом случае «соломинка» представляла собой 30-футовую алюминиевую трубу, спускаемую с небольшого понтонного катера, а «молочный коктейль» - грязь, песок и ил на дне трех стариц, прилегающих к реке Миссисипи.
Во время больших паводков более быстро движущаяся вода из русла реки взбалтывает более крупные отложения и течет в обычно несвязанные озера, неся с собой отложения и мусор. Материал из реки попадает в озера и в конечном итоге тонет. Он образует слой на дне, который со временем засыпается. Слои являются контрольными подсказками прошлых наводнений. Чем глубже ядра, тем дальше в прошлое могут добраться ученые.
Размер зерен в слоях дает представление о размере паводков. Чем сильнее наводнение, тем больше энергии генерирует речная вода и тем крупнее зерна откладываются в озерах, говорит геолог WHOI Ливиу Джосан, еще один ведущий член исследовательской группы. Анализируя размер зерна и размер паводка для известных паводков - например, Великого паводка на реке Миссисипи в 1927 году - Муньос мог оценить размеры ранее неизвестных паводков, представленных в кернах отложений.
Чтобы выяснить, когда произошли эти наводнения, команда использовала изотопы свинца, цезия и углерода для датирования грубых слоев отложений. Чжисюн Шен из Университета Прибрежной Каролины использовал метод, называемый оптически стимулированной люминесценцией, который определяет возраст материала, анализируя, когда он в последний раз подвергался воздействию солнечного света. Мэтью Террелл из Университета Алабамы использовал годовые кольца деревьев для реконструкции подробных записей о более поздних региональных наводнениях. Объединив эти методы, команда проследила историю наводнений более чем на 500 лет - примерно на 350 лет раньше, чем самые старые письменные записи о наводнениях.
Затем они сравнили то, что обнаружили, с записями о естественных колебаниях климатических циклов, влияющих на температуру поверхности моря в Атлантике и Тихом океане, таких как Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК). Они обнаружили, что циклы паводков в Миссисипи соответствуют циклам океана и климата.
В частности, явления Эль-Ниньо приносят больше штормов и осадков в центральную часть Северной Америки, что насыщает землю вокруг Миссисипи. Одна фаза колебания Атлантического океана приносит экстремальные дожди над бассейном Миссисипи. Когда они совпадают, наводнение более вероятно.
«Впервые мы можем по-настоящему проанализировать, как естественная изменчивость климатической системы влияет на наводнения, а затем, как люди изменили это», - сказал Муньос.
Данные об отложениях также показали, что естественный ритм наводнений, вызванных изменениями океана, был значительно усилен крупными проектами речного строительства, финансируемыми из федерального бюджета, которые начались после 1928 года для облегчения коммерческого судоходства по реке и защиты населенных пунктов и пахотных земель от наводнений.. По словам ученых, социальные преимущества речного строительства следует сопоставлять с рисками, которые более крупные наводнения представляют для сельского хозяйства, инфраструктуры и сообществ. Кроме того, большие наводнения выносят больше загрязняющих веществ и удобрений в Мексиканский залив, вызывая обедненные кислородом «мертвые зоны».
Джиосан говорит, что восстановление более естественных режимов паводков в реке и обеспечение стока наносов в пойму во время наводнений поможет восстановить тонущую дельту Миссисипи, запланированное восстановление которой, по прогнозам, будет стоить десятки миллиардов долларов.
По словам команды, следующие шаги будут заключаться в том, чтобы углубиться в речные отложения, чтобы еще больше расширить историю наводнений во времени и применить этот новый метод, чтобы понять, что вызывает наводнения в других крупных речных системах вокруг мир.
Финансирование этого проекта было предоставлено Институтом прибрежных океанов WHOI, Программой постдокторских ученых и Институтом океана и изменения климата. Поддержка сотрудников Университета Алабамы и Университета Южного Иллинойса была оказана Программой географии и пространственных наук Национального научного фонда США.