Плотина "Три ущелья" резко сократила количество наносов, переносимых рекой Янцзы в Китае после ее завершения в 2003 году. На верхнем изображении показан участок плотины во время строительства в 1999 году, когда отложения окрашивают свободную реку в коричневый цвет. На нижнем изображении показана построенная плотина в 2010 году. Темно-синяя вода течет через плотину без осадка, который задерживается выше по течению в водохранилище, одном из примерно 50 000 в бассейне реки. Фото: NASA Landsat/Геологическая служба США; Рисунок: Эван Детье

То, как функционируют реки, в значительной степени зависит от того, сколько наносов они переносят и где они оседают. Речные отложения — в основном песок, ил и глина — играют важнейшую экологическую роль, поскольку обеспечивают среду обитания организмов ниже по течению и в устьях рек. Это также важно для жизни человека, пополнения запасов питательных веществ в пойменных сельскохозяйственных почвах и предотвращения повышения уровня моря, вызванного изменением климата, путем доставки песка в дельты и береговые линии. Однако эти функции находятся под угрозой: за последние 40 лет люди вызвали беспрецедентные, последовательные изменения в переносе речных отложений, согласно новому исследованию Дартмута, опубликованному в Science.

Используя спутниковые снимки NASA Landsat и цифровые архивы гидрологических данных, дартмутские исследователи изучили изменения в том, сколько наносов переносится в океаны 414 крупнейшими реками мира с 1984 по 2020 год.

"Наши результаты рассказывают историю о двух полушариях. За последние 40 лет на севере наблюдалось значительное сокращение переноса речных наносов, в то время как на юге за тот же период наблюдался значительный рост", - говорит ведущий автор Эван Детье, аспирант Дартмута. "Люди смогли изменить крупнейшие реки мира со скоростью, беспрецедентной в недавней геологической летописи.

"Количество наносов, которые несут реки, как правило, определяется естественными процессами в водоразделах, например, количеством осадков или наличием оползней или растительности. Мы обнаруживаем, что непосредственная деятельность человека подавляет эти естественные процессы и даже перевешивает последствия изменения климата".

Результаты показывают, что масштабное строительство плотин 20—го века на глобальном гидрологическом севере — в Северной Америке, Европе/Евразии и Азии - привело к сокращению глобального поступления речных взвешенных наносов в океаны на 49% по сравнению с условиями, существовавшими до плотины. Это глобальное сокращение произошло, несмотря на значительное увеличение поступления наносов из глобального гидрологического региона Юг—Южная Америка, Африка и Океания. Там перенос наносов увеличился на 36% рек региона из-за серьезных изменений в землепользовании.

Река Марони протекает через тропические леса вдоль границы Суринама и Гайаны. Его бассейн оставался относительно неизменным до 1990-х годов. За последние 25 лет значительная вырубка лесов, в основном в результате добычи полезных ископаемых, привела к усилению эрозии в бассейне. Бывшая темно-коричневая или блэкуотерская река теперь несет дополнительные отложения круглый год, даже в сухой сезон. На этих снимках 1993 года (слева) и 2021 года (справа) показаны некоторые изменения в землепользовании в результате добычи полезных ископаемых и вытекающего из этого потока мутной воды в реку. Изображения: NASA Landsat/Геологическая служба США. Рисунок составлен Эваном Детье. Фото: NASA Landsat/Геологическая служба США; Рисунок: Эван Детье

Изменения в переносе наносов на юге были вызваны главным образом интенсивными изменениями в землепользовании, большинство из которых связаны с обезлесением. Известные примеры включают лесозаготовки в Малайзии; добычу россыпного золота в Южной Америке и странах Африки к югу от Сахары; добычу песка в Бангладеш и Индии; и плантации пальмового масла на большей части Океании. (В ходе предыдущих исследований Детье обнаружил, что кустарная добыча золота в Перу связана с повышением уровня взвешенных отложений).

На севере строительство плотин было доминирующим фактором изменения состояния рек в течение последних нескольких столетий.

"Одним из мотивов для этого исследования стало глобальное расширение строительства крупных плотин", - говорит соавтор Фрэнсис Магиллиган, профессор географии и заведующий кафедрой политических исследований им. Фрэнка Дж. Рейгана '09 в Дартмуте, который изучает строительство плотин и их демонтаж. "Только в США насчитывается более 90 000 плотин, занесенных в Национальный реестр плотин". Магиллиган говорит: "Один из способов подумать об этом заключается в том, что мы, как нация, строим в среднем по одной плотине в день с момента подписания Декларации независимости".

Реки ответственны за создание пойм, песчаных отмелей, эстуариев и дельт из-за наносов, которые они переносят. Однако, как только плотина установлена, эта подача наносов, включая их питательные вещества, часто прекращается.

Однако в США и других странах Северного полушария возраст многих плотин превышает полвека, и в 21 веке строится все меньше плотин. В результате недавнее снижение переноса наносов является относительно минимальным. Строительство плотин в Евразии и Азии за последние 30 лет, особенно в Китае, привело к продолжающемуся сокращению глобального переноса наносов.

"Для низменных стран (стран, которые живут на уровне моря, вблизи или ниже уровня моря) в дельтовых регионах поступление наносов из рек в прошлом могло помочь компенсировать последствия повышения уровня моря в результате изменения климата", - говорит Магиллиган, "но теперь у вас есть двойные факторы уменьшения отложений в результате строительства плотины и повышения уровня моря". Он говорит: "Это особенно тревожно для густонаселенных мест, таких как Вьетнам, где количество наносов значительно сократилось из-за строительства плотин вдоль реки Меконг".

Результаты на севере поразительны и могут предвещать будущие изменения на юге, поскольку в исследовании сообщается, что на крупных реках Южной Америки и Океании планируется построить более 300 плотин. Река Амазонка несет больше наносов, чем любая другая река в мире, и является главной мишенью для этих плотин.

"Реки являются довольно чувствительными индикаторами того, что мы делаем с поверхностью Земли — они своего рода термометр для изменения землепользования", - говорит соавтор Карл Реншоу, заслуженный профессор наук о Земле семьи Эванс в Дартмуте. "Тем не менее, для рек в Северном полушарии плотины в настоящее время блокируют этот сигнал для поступления наносов в океан".

Реншоу говорит: "Хорошо известно, что в США существует кризис потери почвы, но мы просто не видим этого в отчете об экспорте наносов, потому что все это застревает за этими дамбами, в то время как мы видим сигнал для рек на глобальном юге".

Детье говорит: "Во многих случаях по всему миру мы строили нашу среду вокруг рек и того, как они функционируют, для использования в сельском хозяйстве, промышленности, рекреации и туризме, а также на транспорте, но когда деятельность человека внезапно нарушает функционирование рек, может стать трудно адаптироваться в режиме реального времени к таким воздействиям".

То, как плотины удерживают наносы и как землепользование усиливает эрозию ниже по течению, - это принципы, которые, как надеются исследователи, могут быть использованы для обоснования решений по планированию, а также политики землепользования и управления окружающей средой в прибрежных и прибрежных зонах в будущем.

ИСТОЧНИК