Wissenschaftler können jetzt katastrophale Flussverschiebungen vorhersagen, die Millionen Menschen weltweit bedrohen

Forscher der Indiana University haben wichtige Erkenntnisse über das gefährliche Phänomen der „Fluss-Avulsion“ gewonnen und bieten eine Möglichkeit, vorherzusagen, wann und wo Flüsse plötzlich und dramatisch ihren Lauf ändern können. Veröffentlicht in Naturdieser Durchbruch Studie beleuchtet einen Prozess, der die Menschheitsgeschichte durch verheerende Überschwemmungen geprägt hat und noch immer Millionen Menschen weltweit bedroht.

Unter der Leitung von James „Jake“ Gearon, einem Doktoranden der Abteilung für Erd- und Atmosphärenwissenschaften (EAS) am College of Arts and Sciences der Indiana University Bloomington, hat das Forschungsteam erstmals die Bedingungen beschrieben, die zu Flussabrissen führen.

Zu den Co-Autoren gehören Harrison Martin (Ph.D. EAS ’23), ein Postdoktorand, jetzt am CalTech, Clarke DeLisle (Ph.D. EAS ’23), jetzt bei EVS, Inc., Eric Barefoot, ein Postdoktorand an der IU Bloomington und jetzt Fakultätsmitglied an der UC-Riverside, und Professor Douglas Edmonds, Inhaber des Malcolm-und-Sylvia-Boyce-Lehrstuhls für Geologie in der Abteilung für Erd- und Atmosphärenwissenschaften.

Mithilfe modernster Satellitentechnologie konnte das Team kartieren, wie bestimmte Landschaftsmerkmale Abrisse wahrscheinlicher machen. „Die Topografie rund um einen Fluss zu vermessen ist wegen der dichten Vegetation schwierig und zeitaufwändig“, sagte Gearon.

„Wir haben uns einen neuen Satelliten zunutze gemacht, der mit Lasern die Topografie misst.“ Diese Lidar genannte Technologie durchdringt die Vegetation, um Erhebungen auf der nackten Erde zu finden, und ermöglicht so genaue topografische Messungen.

Die Studie präsentiert einen neuen Rahmen für die Vorhersage von Erdrutschen, ein Problem, mit dem die Menschheit seit Jahrtausenden zu kämpfen hat. „Erdrutsche, die möglicherweise als Inspiration für alte Flutmythen dienten, haben die größten Überschwemmungen in der Menschheitsgeschichte verursacht und bedrohen auch heute noch Millionen von Menschen“, erklärte Edmonds.

„Da der Klimawandel die globalen Wasserkreisläufe verändert und die menschliche Ausbreitung in hochwassergefährdete Gebiete zunimmt, ist es heute wichtiger denn je, Avulationen zu verstehen und vorherzusagen.“

Was verursacht Flussabrisse?

Abrisse treten auf, wenn das Wasser eines Flusses über die umgebende Landschaft steigt, häufig aufgrund von Sedimentablagerungen im Flussbett. In diesem Fall kann der Fluss über die Ufer treten und sich einen neuen Weg durch die Überschwemmungsebene bahnen.

Dies kann zu schweren Überschwemmungen führen, da der gesamte Fluss durch Gebiete fließt, die normalerweise nicht für solche Wassermassen ausgelegt sind. So waren beispielsweise vom Ausbruch des Kosi-Flusses im Jahr 2008 in Nordindien mehr als 30 Millionen Einwohner direkt betroffen, Hunderte Menschen kamen ums Leben und der Schaden belief sich auf über eine Milliarde Dollar.

Traditionell gingen Wissenschaftler davon aus, dass es aufgrund von zwei Hauptfaktoren zu Ausbrüchen kam: Entweder lag das Flussbett höher als die Überschwemmungsebene, oder das Land auf beiden Seiten des Flusses bot einen steileren und attraktiveren Weg für das Wasser.

„Wir können diese beiden 80 Jahre alten Ideen nun tatsächlich mit den topografischen Daten testen, die wir aus dem Weltraum gesammelt haben“, sagte Edmonds. „Und wir waren überrascht, dass beide Faktoren zusammenwirken und je nach Lage des Flusses unterschiedliche Rollen spielen.“

Vorhersage von Avulsionsgefahren – eine neue Methode zur Kartierung von Hochwasserrisiken

Forscher analysierten Daten von 174 Flussausbrüchen auf der ganzen Welt und nutzten Satellitenbilder, um die Flussbewegungen der letzten Jahrzehnte zu verfolgen. Die Autoren der Studie zeigten, dass Ausbrüche in der Nähe von Gebirgszügen und Küstengebieten viel häufiger vorkommen als in den mittleren Abschnitten von Flüssen.

Sie stellten fest, dass 74 % dieser Abrisse in der Nähe von Gebirgs- oder Küstengebieten erfolgten, also in Gebieten, in denen sich schnell Sedimente ansammeln.

Darüber hinaus entwickelten die Forscher mithilfe topografischer Daten ein neues Modell, um sogenannte „Avulsionskorridore“ zu kartieren – also die Wege, die Flüsse nehmen könnten, wenn sie von ihrem derzeitigen Lauf abweichen. Dieses Tool könnte Regierungen und Planern dabei helfen, Gebiete zu identifizieren, die einem hohen Risiko plötzlicher Überschwemmungen ausgesetzt sind, insbesondere in Regionen mit begrenzten Ressourcen zum Hochwasserschutz.

Die Studie unterstreicht auch, wie wichtig es ist, bei der Beurteilung der Hochwassergefahr auch Abrisse zu berücksichtigen, die in aktuellen Hochwassermodellen normalerweise nicht berücksichtigt werden.

„Herkömmliche Hochwassermodelle konzentrieren sich auf den Anstieg des Wasserspiegels durch schwere Regenfälle, aber selbst in Gegenden, in denen Regen keine große Rolle spielt, können sich Ausbrüche ohne Vorwarnung ereignen. Das macht sie besonders gefährlich und schwer vorhersagbar, ähnlich wie Erdbeben“, sagte Gearon.

Auswirkungen auf den Globalen Süden

Die Erkenntnisse könnten insbesondere in den Entwicklungsländern – weniger entwickelten Teilen Afrikas, Lateinamerikas und Asiens – von Nutzen sein, wo Abrisse häufiger vorkommen und oft tödlicher sind.

In vielen dieser Regionen sind die Gemeinden aufgrund einer Kombination aus geologischen Faktoren und Infrastrukturproblemen stärker von plötzlichen Veränderungen des Flusses betroffen. Die Überschwemmungen des pakistanischen Indus im Jahr 2010 beispielsweise waren durch einen Erdrutsch verursacht und betrafen mehr als 20 Millionen Menschen.

Das neue Modell, das sich auf minimale Daten stützt, könnte Ländern dabei helfen, sich auf durch Erdrutsche verursachte Katastrophen vorzubereiten und so möglicherweise Leben zu retten und den wirtschaftlichen Schaden zu verringern.

Die Studie bietet Wissenschaftlern, Politikern und Praktikern neue Denk- und Handlungsmöglichkeiten zu Hochwasserrisiken und stellt wichtige Instrumente zum Verständnis und zur Eindämmung der von Flussausbrüchen ausgehenden Gefahren bereit – und das, obwohl der Klimawandel weiterhin die Wettermuster verändert und die Hochwassergefahr weltweit erhöht.