Das einzig beständige Merkmal eines Flusses ist die Veränderung. Wie der griechische Philosoph Heraklit bemerkte: “Kein Mensch tritt je zweimal in denselben Fluss”. Obwohl diese dynamische Natur oft aus den Augen und aus dem Sinn gerät, hat das Vergessen dieser Eigenschaft zu so mancher historischen Katastrophe geführt.
Kürzlich veröffentlichten der Geomorphologe Vamsi Ganti von der UC Santa Barbara und seine Mitarbeiter eine Studie, in der sie feststellten, dass der Anstieg des Meeresspiegels dazu führen wird, dass Flüsse in Deltas häufiger als in der Vergangenheit ihren Lauf ändern. Jetzt hat sein Team herausgefunden, dass ein perfekter Sturm von Faktoren – einschließlich größerer Überschwemmungen und feinerer Sedimentgröße – diese zerstörerischen Ereignisse immer weiter landeinwärts ermöglicht. Ihre Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurden, warnen vor großen Katastrophen, die viele städtische Zentren treffen werden, die sich in der Vergangenheit nie um diese Probleme kümmern mussten.
An großen, relativ flachen Flüssen treten Abbrüche in der Regel im Rückstaubereich auf, erklärte Ganti. “Das ist die Zone, in der der Fluss die Auswirkungen des Meeresspiegels spürt”. Diese Region beginnt an der Flussmündung und kann sich relativ weit ins Landesinnere erstrecken. Der Rückstaubereich des Mississippi erstreckt sich beispielsweise über 500 Kilometer von der Küste entfernt.
Das Team suchte in Satelliten- und Fernerkundungsdaten nach historischen Überschwemmungen und stieß dabei auf die einzigartigen Deltas von Madagaskar. Auf der Insel gibt es eine Vielzahl von kurzen Flüssen, die von den Bergen herabfließen und sehr feine Sedimente mit sich führen. Dies ist auf die saprolitischen Böden zurückzuführen – lockere, weiche Böden aus Schlamm und zerfallendem Gestein -, die im Hochland des Landes vorherrschen. Die exponierten Böden, die durch die zügellose Abholzung auf der Insel noch verschlimmert werden, speisen die trüben, roten Flüsse der Insel und machen sie zu einem der am schnellsten erodierenden Orte der Erde, so der Hauptautor Sam Brooke, ein Postdoktorand in der Abteilung für Geographie.
Anhand mehrerer Satellitenbilder, die seit den späten 1970er Jahren aufgenommen wurden, erstellte Brooke Zeitreihenanimationen, die zeigen, wie schnell sich die Flussdeltas von Madagaskar entwickeln. Anhand dieser Daten konnte er die Abflussraten der Flüsse sowie die Zeitspanne, in der die Kanäle bei Überschwemmungen voll waren, ermitteln.
Die Kombination dieser Daten mit den Satellitenbildern führte zu einer überraschenden Schlussfolgerung. Die Abbrüche fanden nicht in der Nähe der Rückstauzonen der Flüsse statt. “Stattdessen befanden sie sich etwa 20 Mal weiter flussaufwärts”, erinnert sich Brooke, “weit außerhalb der Bereiche, in denen wir sie auf der Grundlage von [… Modellen] mit einfachen Rückstaumaßstäben erwarten würden.” Den Forschern wurde klar, dass sie ihre Modelle für das Auftreten von Auswaschungen in Deltas aktualisieren mussten.
Ein besseres Modell
Die erweiterte Theorie des Teams lässt sich auf eine einfache Beziehung zurückführen. In Flusskanälen laufen zwei Prozesse ab: die Dauer der Überschwemmungen und die Zeit, die der Fluss braucht, um sich an Veränderungen anzupassen. Die relativen Zeitskalen dieser Phänomene bestimmen, wo Auswaschungen auftreten.
Dauert ein Hochwasser kürzer als die Anpassungszeit des Flusses, so beschränken sich Erosion und Ablagerung auf die Rückstauzone. Dauert das Hochwasser jedoch länger als die Anpassungszeit des Flusses, kann die Erosion während des Hochwassers bis weit vor die Mündung vordringen, so dass der Fluss viel weiter landeinwärts ausweichen kann.
Große flache Flüsse wie der Mississippi verändern sich langsam, aber steile Flüsse mit vielen Feinsedimenten können sich recht schnell anpassen. “Bei einem bestimmten Hochwasser kann das gesamte Gerinne innerhalb der Rückstauzone neu aufgeschüttet werden”, so Ganti, “und die Erosion kann sich viel weiter flussaufwärts ausbreiten.” Dies ist der Fall bei Flüssen wie denen in Madagaskar, die relativ steil sind und viel Feinsediment enthalten.
Ein Fluss führt Hochwasser, wenn er so viel Wasser führt, dass er über die Ufer tritt. Und auf dem größten Teil seiner Länge wird ein überschwemmter Wasserweg genau das tun. Der Wasserstand wird jedoch durch den Meeresspiegel in der Nähe der Flussmündung und durch die Rückstauzone begrenzt. Daher bewegt sich das erhöhte Wasservolumen bei Hochwasser schneller, was die Erosion verstärkt und das Flussbett tiefer aushöhlt.
Diese Erosionswelle kann sich dann bei anhaltendem Hochwasser flussaufwärts ausbreiten, so dass der Fluss weit stromaufwärts aus der Rückstauzone ausbrechen kann – viel weiter als erwartet.
Es zeichnet sich ein düsteres Bild ab
“Klimamodelle sagen voraus, dass extreme Hochwasser in einer sich erwärmenden Welt häufiger auftreten werden”, so Ganti. Infolgedessen könnten sich die Überschwemmungen auf den Flüssen der Welt noch weiter ins Landesinnere verlagern.
Doch die Treibhausgasemissionen sind nicht die einzigen menschlichen Aktivitäten, die sich auf Flüsse auswirken. Sand und Kies sind wichtige Bestandteile des Bauwesens und der Infrastruktur, und der Mensch baut diese Ressourcen nun in großem Umfang ab. Leider machen sie die grobe Fraktion der Schwemmsedimente aus, was bedeutet, dass unsere Aktivitäten an vielen Orten zu feineren Sedimenten führen. Die Flüsse können mehr von diesem feinkörnigen Material transportieren, und die erhöhte Belastung verkürzt die Zeit, die die Kanäle brauchen, um sich zu verändern […]. Das wiederum führt dazu, dass Abbrüche weiter flussaufwärts stattfinden können.
Hinzu kommt, dass der Anstieg des Meeresspiegels die Rückstauzone selbst weiter ins Landesinnere verlagert. Diese drei Faktoren zusammen bilden das perfekte Rezept dafür, dass große Abbrüche in Deltas immer weiter landeinwärts stattfinden, erklärte Ganti. Dies könnte dazu führen, dass immer mehr Häuser, Menschenleben und Lebensgrundlagen durch extreme Überschwemmungen verloren gehen, und zwar wahrscheinlich an Orten, die in der Vergangenheit nie mit diesen Gefahren konfrontiert waren.
Und laut einer früheren Veröffentlichung des Teams werden diese Ereignisse mit dem Anstieg des Meeresspiegels auch häufiger auftreten.
“Wir sollten uns darauf gefasst machen, dass Abtriftungen in Zukunft eine ernsthafte Hochwassergefahr darstellen werden”, warnte Vamsi.
Flussdeltas sind seit jeher eine wichtige Ressource für die Menschheit, die für Landwirtschaft, Verkehr und Industrie genutzt wird. Viele der größten Städte der Zivilisation sind an den Ufern der großen Wasserstraßen der Welt entstanden. Ihre Dynamik war schon immer eine Herausforderung für die Gesellschaft, aber da Flüsse immer unberechenbarer und unbeständiger werden, so die Forscher, müssen wir mehr Vorsichtsmaßnahmen ergreifen, um unsere Sicherheit und unser Wohlergehen zu gewährleisten.
Datum: September 30, 2020
Quelle: Universität von Kalifornien – Santa Barbara
Journal Reference:
- Sam A. S. Brooke, Vamsi Ganti, Austin J. Chadwick, Michael P. Lamb. Flood variability determines the location of lobe‐scale avulsions on deltas: Madagascar. Geophysical Research Letters, 2020; DOI: 10.1029/2020GL088797