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Científico estudia cómo las lluvias torrenciales cambiarán nuestros ríos


Debajo de la superficie de los ríos acecha un peligro que no se comprende bien, pero que podría causar estragos en las personas y comunidades cercanas al agua.


por Gabe Barnard, St. Louis Post-Dispatch


Los cambios en los patrones climáticos pueden estar perturbando los cauces de los ríos que han sido históricamente robustos, llevándolos hacia dos extremos: erosión acelerada o inundaciones sobrecargadas.

Ahora, un científico de la Universidad Washington de St. Louis está iniciando un nuevo experimento que podría anticipar, y tal vez incluso prevenir, los daños causados ​​por las lluvias intensas, un problema que ha cobrado mayor urgencia después de que una lluvia récord inundó St. Louis la semana pasada.

«Estamos interesados ​​en lo que sucede cuando el agua toca el suelo», dijo Claire Masteller, geomorfóloga de la Universidad de Washington que dirige el proyecto. «Y cómo el paisaje tiene que adaptarse para lidiar con el hecho de que la cantidad de agua que llega al suelo está cambiando».

Masteller y su equipo están instalando un laboratorio que puede simular inundaciones en los sistemas fluviales de todo el mundo. Los investigadores harán brotar las aguas de la inundación a través de tubos y cajas de rocas y grava para investigar cómo evoluciona la estructura de los lechos de los ríos con las precipitaciones cambiantes.

Y los científicos están mirando.

El impacto del cambio climático en los sistemas fluviales es difícil de entender, porque los factores que son más simples de estudiar en tierra, como la temperatura y la precipitación, se vuelven mucho más complicados cuando se filtran a través del ciclo del agua, dijo Jason Knouft, científico de agua dulce de la Universidad de St. Louis. que no participa en el estudio.

El proyecto de Masteller podría iluminar detalles críticos, dijo, del impacto del cambio climático en ríos específicos.

“Y eso tiene todo tipo de implicaciones para los ecosistemas , los usos humanos de los sistemas fluviales y la seguridad del agua”, dijo Knouft.

La forma de incluso los canales de los ríos más grandes comienza con las rocas más pequeñas en el lecho de un río .

Guijarros de todas las formas y tamaños están encerrados en un delicado equilibrio entre la fricción, la gravedad y el tirón de la corriente de agua.

Cuando la corriente que corre sobre el lecho del río es suave, aplasta los guijarros que sobresalen en un patrón más compacto, lo que hace que el río sea más resistente a la erosión.

Pero si el flujo del río se fortalece lo suficiente como para vencer las fuerzas que mantienen las rocas en su lugar, las que sobresalen más del lecho del río son arrastradas río abajo. Y cuando los grandes guijarros se mueven, desalojan a sus vecinos, formando una masa móvil de sedimentos que fluye río abajo.

En otras palabras, el canal se erosiona. El río se ensancha. Los flujos más fuertes arrancan más rocas del lecho del río, dejando atrás una superficie irregular de bordes sobresalientes. Y cuantas más rocas sobresalgan del lecho del río, más fácil será que el agua las arranque.

«Estos son los puntos de debilidad en el lecho que pueden desencadenar la erosión», dijo Masteller.

Este equilibrio natural entre la erosión y la compactación es clave para la forma en que los ríos evolucionan con el tiempo. Los científicos han descubierto que los arroyos se ensanchan con flujos intensos de agua, como inundaciones, hasta que son lo suficientemente grandes como para que ocurran inundaciones cada dos años.

El cambio climático arroja una llave al sistema.

En Missouri, se espera que el aumento de las temperaturas aumente la frecuencia de tormentas extremas, como la que descargó lluvias récord en St. Louis la semana pasada, al hacer que los ingredientes necesarios para las grandes tormentas sean más comunes.

Y a medida que más tormentas bombardean más ríos con más inundaciones, es posible que los sedimentos del lecho del río no tengan tiempo de unirse de forma natural, según temen los investigadores. Eso significaría que el canal sería constantemente vulnerable a la erosión.

«Cuando golpea otra gran tormenta», dijo Masteller, «el lecho del río ya está preparado para partir».

Por otro lado, se espera que el cambio climático seque algunas regiones como el oeste, lo que hará que los ríos dependan más del agua que llega del deshielo. Eso podría dejar mucho flujo bajo para que los granos se empaqueten más juntos, desarrollando resistencia a la erosión.

Y si el río no puede erosionarse para adaptarse a una tormenta, el agua tiene que ir a otro lado.

«Nuestro recipiente es demasiado pequeño, por lo que el agua adicional tiene que pasar por encima», dijo Masteller.

Para comprender mejor la dinámica, Masteller ha instalado un tobogán de agua experimental.

La instalación de $ 250,000, llamada canal, es un canal con paredes de vidrio revestido con rocas de río por el que los científicos pueden hacer brotar agua para simular inundaciones. Se inclina hacia arriba y hacia abajo para imitar diferentes pendientes.

«Podemos subirlo hasta el techo y obtener algunas cosas bastante retorcidas», dijo Masteller.

Básicamente, dijo, pueden modelar todo, desde el río Mississippi hasta los arroyos de montaña de los Alpes suizos.

Y eso es lo que harán. Crearán diferentes tipos de canales de corriente en el canal que coincidan con diferentes ríos y someterán cada uno a inundaciones para probar cómo responde.

Una mezcla caótica de rocas grandes y pequeñas imitará los ríos de montaña. Una mezcla más uniforme de grava pequeña de tamaño similar representará los ríos de las tierras bajas.

«Estamos comenzando con el bloque de construcción más fundamental», dijo Masteller, «que es, literalmente, ¿qué hace un solo grano cuando se le echa agua?».

El sedimento se precipitará por el tubo hacia la escala en cantidades variables según la potencia de la inundación y los ingredientes del lecho del río. Los investigadores pesarán su captura usando una canasta que cuelga de la boca del canal para cuantificar cuánta erosión ocurre con cada patrón de inundación. Tomarán fotos del lecho del río para cuantificar cuántas rocas sobresalen de la superficie.

Al mismo tiempo, harán correr el agua a través de tablas de arroyos más anchas, básicamente, grandes cajas de arena, para comprender mejor cómo la forma de un río puede cambiar con la erosión.

Entonces la ciencia se volverá aérea. Los investigadores aprovecharán las imágenes láser, llamadas LIDAR, capturadas por el Servicio Geológico de EE. UU., que mide la topografía de un paisaje hasta la escala de un solo metro. Compararán el ancho de los ríos capturados por el sistema de mapeo antes y después de las inundaciones y verán si lo que aprenden en el laboratorio coincide con lo que sucede en los ríos reales.

«Esos son nuestros casos de prueba en realidad, desde la escala de grano hasta la escala de paisaje», dijo Masteller.

Todavía no están muy seguros de cómo se desarrollará su idea en diferentes flujos. Una teoría es que los ríos de las tierras bajas podrían ensancharse y tragarse las carreteras, los hogares y las comunidades circundantes. Eso se debe a que esos tipos de lechos de ríos, con rocas más pequeñas y de tamaño uniforme, dijo Masteller, son como un lecho de canicas. Si todas las canicas en el canal de un río son del mismo tamaño, todavía quedará espacio entre ellas incluso cuando estén lo más juntas posible.

Sin embargo, en los arroyos de montaña, una disposición tumultuosa de rocas de diferentes tamaños podría encajar más fácilmente, creando una superficie más resistente a la erosión y propensa a las inundaciones.

«Si tiene muchos granos diferentes de muchos tamaños diferentes, puede llenar sus espacios», dijo Masteller.

El objetivo final es un modelo matemático que pueda predecir qué ríos corren el mayor riesgo de erosión acelerada o inundaciones sobrealimentadas. Los científicos podrían usar esas predicciones para ayudar a evitar que el desastre se extienda a los humanos, dijo Masteller, reforzando los sistemas de aguas pluviales o reforzando los bancos, por ejemplo.

Knouft, el científico de la Universidad de St. Louis, dijo que la investigación podría ser fundamental para hacer que los ríos sean más resistentes a medida que el clima se calienta.

«No podemos hacer eso sin el tipo de información que está desarrollando este proyecto», dijo Knouft.



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