Dlaczego rzeki z czasem nie stają się proste?

Woda płynie w dół, podążając drogą, na której napotyka najmniejszy opór. Z czasem rzeka może wydrążyć koryto przez góry, by spłynąć po ich zboczu. Wydaje się więc nielogiczne, że wraz z upływem czasu rzeki stają się dłuższe i bardziej kręte, a nie proste.

Jednak zdaniem Jueza błędnym jest przekonanie, że rzeki powinny płynąć w prostej linii z gór do nizin. Rzeki tworzą zakola i meandry, zwiększając opór i zmniejszając nachylenie koryta, co ogranicza energię wody przepływającej przez tereny zalewowe.

„Ta geometria minimalizuje wydatek energetyczny na każdym odcinku rzeki. Schodząc z góry, moglibyśmy iść w linii prostej, ale schodzenie zygzakiem jest mniej męczące”, wyjaśnia Juez. Rzeka niesie z nurtem osady, erodując jeden brzeg i nadbudowując inny.

„Jedynie rzeki stworzone przez człowieka mają spójną i regularną geometrię. To rzeki, które wydrążono na potrzeby infrastruktury cywilnej takiej jak ochrona przeciwpowodziowa lub w celu zwiększenia powierzchni gruntów rolnych”, podsumowuje.Zatem od czego konkretnie zależy kształt rzeki i jak może on zmieniać się z czasem? Na bieg rzeki wpływają głównie dwa kluczowe czynniki: reżimy przepływu i sedymentacji.

Reżim przepływu dotyczy tempa i czasu przepływu uwarunkowanych zmiennymi klimatycznymi, takimi jak opady i temperatura powietrza. Natomiast ilość, rodzaj i czas odkładania osadów, a także lokalna topografia oraz wzajemne oddziaływanie osadów i wody kształtują bieg rzeki.

W ramach poprzednich badań realizowanych podczas wspieranego przez działania „Maria Skłodowska-Curie” projektu SEDILAND Juez udowodnił, że te dynamiczne procesy wrażliwe są na zmiany w wykorzystaniu i pokryciu terenu.

Analizując 15-letnie zapisy hydrologiczne i sedymentacyjne z czterech zlewni w hiszpańskich Pirenejach o podobnej charakterystyce geofizycznej, Juez zasugerował, że użytkowanie ziemi i pokrycie terenu decydują o czasie zmian reżimów sedymentacyjnych.

Jak potwierdzają wyniki projektu SEDILAND, zmiany w pokryciu i wykorzystaniu terenu wspierają lub osłabiają odporność na zmianę klimatu, co może wpływać na przepływ i sedymentację.

„Zmiana klimatu wpływa na czas występowania sezonowych opadów, topnienia śniegu lub topienia się basenów lodowca, wywołując powodzie, które z kolei mogą prowadzić do erozji brzegów. Może również wpływać na produkcję osadów – suchsze dorzecza, bardziej ekstremalne działania termodynamiczne, zmiany w cyklach zamarzania i topnienia – wszystko to zmienia sedymentację w systemach rzecznych”, dodaje Juez. „Jeśli zjawiska te staną się coraz częstsze i bardziej długotrwałe, zmienią kształt i bieg rzek”.

Nie jest to jednak liniowy proces, ponieważ zmiany w użytkowaniu gruntów, będące czasami działaniami zorientowanymi na łagodzenie skutków zmiany klimatu, mogą mieć nieprzewidziane konsekwencje. Jedno z badań wykazało na przykład, że ekspansja lasu w zlewni rzeki w hiszpańskich Pirenejach gwałtownie pozbawiła koryto rzeki osadów.W przeszłości badano morfologię koryta i charakterystykę reżimu sedymentacji wzdłuż odcinków rzeki o różnej długości, przy czym miejsca wybierano na podstawie zmian w pokryciu terenu, takich jak zalesianie czy wypas zwierząt.

„Dane były ograniczone, ponieważ dotyczyły konkretnego miejsca. Obecnie bezzałogowe statki powietrzne w połączeniu z algorytmami uczenia maszynowego mogą powiązać przyczyny i skutki lokalnych zmian systemu rzecznego z długoterminowymi globalnymi problemami. Modelowanie probabilistyczne prawdopodobnie da nam wkrótce jeszcze dokładniejszy i bardziej holistyczny obraz”, podsumowuje Juez.

Zatem kręty bieg rzeki mówi nam dużo o otaczającym ją krajobrazie i klimacie, a także o tym, gdzie dalej poprowadzi jej koryto.

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o badaniach Jueza: Analiza wpływu zmian użytkowania gruntów na rzeki w oparciu o badanie sedymentacji