اكتشف العلماء نمطًا جديدًا مثيرًا للقلق مختبئًا في أنهار أمريكا

يمكن للنهر الآن أن ينقل ما يقرب من عام من الرواسب في بضعة أسابيع مكثفة فقط.

في جميع أنحاء الولايات المتحدة، أصبحت الرمال والطمي والتربة التي تحملها الأنهار في اتجاه مجرى النهر تتركز بشكل متزايد في رشقات نارية قصيرة ومكثفة، وفقًا لدراسة جديدة أعادت بناء ما يقرب من أربعة عقود من نقل الرواسب عبر 175 ممرًا مائيًا.

التغيير جوهري. في عام 1985، احتاج النهر النموذجي في الدراسة إلى حوالي 69 يومًا لنقل 90 بالمائة من رواسبه العالقة سنويًا. وبحلول عام 2023، ضاقت هذه النافذة إلى 50 يومًا فقط. وفي ثلث الأنهار التي تمت دراستها، أصبح نقل الرواسب أكثر ضغطًا بشكل ملحوظ بمرور الوقت.

تتحرك الرواسب بشكل أسرع عبر الأنهار الأمريكية

تشير النتائج إلى أن المشهد المألوف بعد عاصفة كبيرة – نهر فجأة يتدفق كثيفًا وبنيًا – قد يصبح جزءًا أكثر أهمية من كيفية عمل الممرات المائية الأمريكية.

وقال أدمين هوسيك، الأستاذ المشارك في الهندسة المدنية والبيئية في جامعة كاليفورنيا: “بعض الأنهار تنقل المزيد من الرواسب كل عام. والبعض الآخر ينقل نفس الكمية ولكن يحشدها في أحداث متطرفة أقل”. فرجينيا للتكنولوجيا.

وقد يكون لهذا التحول عواقب على مياه الشرب، والخزانات، والموائل المائية، والجسور، والسدود، وغيرها من البنية التحتية المبنية حول الأنهار.

من السهل اعتبار الرواسب طينًا، لكن الأنهار تعتمد عليها.

لماذا يهم الرواسب النهرية

تعمل الرواسب المتحركة على إعادة تشكيل القنوات، وتجديد الشواطئ والأراضي الرطبة، وإنشاء الموائل وتعديلها، وتحمل العناصر الغذائية والمواد الأخرى عبر مستجمعات المياه. ومع ذلك، فإن وصول الكثير من الرواسب بسرعة كبيرة جدًا يمكن أن يؤدي إلى تدهور الموائل، وتسريع ملء الخزانات، وتعقيد معالجة المياه، وزيادة التآكل، ونقل العناصر الغذائية والملوثات في اتجاه مجرى النهر.

لقد تحركت رواسب النهر دائمًا بشكل غير متساوٍ. يمكن للعواصف الكبيرة أن تحقق في ساعات أو أيام ما قد لا تحققه التدفقات العادية في أشهر.

وقال هوسيك: “القاعدة الأساسية هي أن 90 بالمائة من رواسب النهر يتم نقلها خلال 10 بالمائة فقط من الوقت”.

أخطاء الرصد التقليدية للعواصف

وما ناضل العلماء لتحديده هو ما إذا كان هذا النمط غير المتكافئ بالفعل قد تغير.

أحد الأسباب عملي بشكل مدهش: صعوبة مراقبة الرواسب.

غالبًا ما تعتمد البرامج التقليدية على عينات المياه التي يتم جمعها يدويًا على فترات على مدار العام. العواصف الكبرى – وهي اللحظات التي تستطيع فيها الأنهار نقل كميات هائلة من المواد – هي من بين أصعب الأوقات وأخطرها في بعض الأحيان بالنسبة للفنيين لجمع العينات.

وقال هوسيك: “إن الأمر يشبه محاولة فهم سلوك النهر من خلال النظر إلى لقطة صغيرة فقط في الوقت المناسب”. “قد تتمكن من التقاط جزء من القصة، لكنك تفوت الأنماط الأكبر وأهم التغييرات التي تحدث خلال فترات زمنية قصيرة.”

لسد هذه الفجوات، قام هوسيك ونيشال سيجدال، الباحث في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا، بدمج الملايين من عمليات رصد التعكر عالية التردد مع التعلم العميق.

الذكاء الاصطناعي يعيد بناء 40 عامًا من نقل الرواسب

تقوم أجهزة استشعار التعكر بقياس مدى تحول المياه إلى غائمة عندما تمر الجزيئات عبرها. يمكن أن توفر هذه القياسات تفاصيل أكثر بكثير من العينات المادية العرضية، لكنها لا تترجم تلقائيًا إلى سجل كامل لانتقال الرواسب يمتد لعقود من الزمن.

استخدم الباحثون الذكاء الاصطناعي لسد هذه الفجوة، وإعادة بناء تدفقات الرواسب اليومية من عام 1985 حتى عام 2023 في 175 نهرًا أمريكيًا. وقد سمح لهم ذلك بفحص سؤالين بشكل منفصل: ما إذا كانت الأنهار تحمل المزيد من الرواسب بشكل عام، وما إذا كانت تحملها في دفعات مركزة بشكل متزايد.

تبين أن التمييز حاسم.

المجاميع السنوية تخفي تحولا كبيرا

وزادت غلة الرواسب السنوية بشكل ملحوظ بنسبة 28 في المائة من الأنهار. لكن نقل الرواسب أصبح أكثر ضغطًا بشكل ملحوظ مع مرور الوقت بنسبة 33 بالمائة. وشهد نحو 15% فقط كلا الاتجاهين في وقت واحد.

وبعبارة أخرى، فإن مجرد قياس كمية الرواسب التي تمر بموقع ما على مدار عام كامل يمكن أن يخفي تحولًا مهمًا في سلوك النهر.

وقد يحمل نهران نفس الكمية السنوية تقريبًا. يمكن للمرء أن يوزع تلك الرواسب على مدى أشهر؛ والآخر قد يسلم معظمها خلال بضع عواصف عنيفة. بالنسبة للأنظمة البيئية والبنية التحتية في اتجاه مجرى النهر، فهذه أنهار مختلفة تمامًا.

كما وجد الباحثون أن القوى المتحكمة في كمية الرواسب لم تكن متطابقة مع تلك التي تتحكم في توقيتها.

الأمطار الغزيرة والتوسع الحضري يقودان إلى تغييرات مختلفة

وكان تكثيف هطول الأمطار أقوى مؤشر على ارتفاع إنتاجية الرواسب. يمكن للأمطار القوية أن تؤدي إلى تآكل التربة وتعبئة كميات أكبر من المواد.

ومع ذلك، فإن التركيز المتزايد للرواسب في فترات أقصر كان مرتبطًا بقوة بالتغير في استخدام الأراضي. وكان للتوسع الحضري أهمية خاصة، وحدثت أقوى التحولات في مستجمعات المياه النامية الأصغر حجما.

يمكن للغابات والنباتات والتربة النفاذية أن تبطئ هطول الأمطار وتسمح لبعض الماء بالتسرب إلى الأرض. يستبدل التطوير جزءًا من هذا المشهد الطبيعي بالطرق وأسطح المنازل ومواقف السيارات والأسطح الصلبة الأخرى. يمكن للمياه بعد ذلك أن تصل إلى الجداول بسرعة أكبر، مما ينتج عنه موجات حادة قادرة على تحريك الرواسب بسرعة.

والنتيجة ليست بالضرورة مجرد نهر يحمل المزيد من المواد. يمكن أن يصبح النهر أكثر مفاجأة.

تترك انفجارات الرواسب وقتًا أقل للرد

وهذا يمنح المجتمعات وقتًا أقل للرد.

قد يتعين على محطة المعالجة أن تتعامل مع نبضة مفاجئة من المياه العكرة للغاية. قد يتلقى الخزان حصة غير متناسبة من رواسبه السنوية خلال بضع عواصف. يمكن أن يضطرب الموئل بسبب حلقات شديدة من التآكل والترسب بدلاً من التغيير التدريجي.

وبالتالي فإن المشكلة تكمن جزئياً في التوقيت.

أ دراسة منفصلة لجامعة فرجينيا للتكنولوجيا يشير إلى تغير ذي صلة يحدث في الماء نفسه.

قام هوسيك والباحث تشوتشيانج تشن بتحليل ما يقرب من 24000 عاصفة عبر 754 مستجمعًا للمياه في الولايات المتحدة، وأعادا بناء مقدار تدفق المجاري المائية الناتج عن هطول الأمطار مؤخرًا، وهي المياه التي وصلت إلى المجاري بسرعة نسبية بعد سقوطها على شكل أمطار.

المطر يصل إلى الأنهار بشكل أسرع أيضًا

وقد زاد هذا الجزء بشكل ملحوظ في 27 بالمائة من مستجمعات المياه التي تمت دراستها. لقد حدث هذا التحول تقريبًا بمعدل ضعفي الزيادات الكبيرة في تدفق المجرى المائي نفسه، مما يعني أن سلوك مستجمع المياه يمكن أن يتغير بشكل كبير حتى عندما يظهر الحجم الإجمالي للمياه المتدفقة عبره اتجاهًا واضحًا قليلاً. وظهرت تكثيف هطول الأمطار، والتوسع الحضري، وفقدان الغابات كمحركات رئيسية.

تشير الدراستان معًا إلى نفس التحول الأوسع.

وفي العديد من الأماكن، تصل الأمطار إلى الأنهار بشكل أسرع، ويتم نقل الرواسب التي تحملها تلك الأنهار بشكل متزايد على دفعات أقصر.

لماذا يجب أن تركز إدارة الأنهار على التوقيت؟

ومن الممكن أن يؤدي هذا المزيج إلى جعل مستجمعات المياه أكثر استجابة للعواصف الفردية، في حين يجعل المتوسطات السنوية أقل إفادة حول الضغوط التي يتعرض لها مجرى النهر.

تكشف النتائج أيضًا عن مشكلة تتعلق بالطريقة التي يتم بها مراقبة الأنهار وإدارتها في كثير من الأحيان.

المجاميع السنوية مريحة. يمكن للمهندسين حساب كمية الرواسب التي دخلت الخزان خلال عام، أو كمية المياه التي مرت بمقياس، أو كمية المواد التي يصدرها النهر من مستجمعات المياه.

لكن الرقم السنوي لا يمكن أن يوضح ما إذا كانت هذه الأحمال وصلت بشكل ثابت أو دفعة واحدة تقريبًا.

وقال هوسيك: “على مدى عقود من الزمن، قمنا بإدارة الأنهار مثل المحاسبين الذين يجمعون المجاميع السنوية، وينظرون فقط إلى مقدار حركة المواد سنويًا”. “لكن سجل نقل الرواسب الذي كشفت عنه دراستنا يخبرنا أن التوقيت لا يقل أهمية”.

إدارة الأنهار من أجل رشقات نارية قصيرة ومكثفة من الرواسب

وبالتالي فإن نافذة الرواسب المتضيقة يمكن أن تغير كيفية تصميم برامج المراقبة. إذا حدث معظم النقل التبعي خلال عدد صغير نسبيًا من الأحداث، فإن أجهزة الاستشعار وأنظمة التنبؤ القادرة على التقاط تلك الأحداث تصبح ذات قيمة متزايدة.

وقد يغير أيضًا ما يحتاج مديرو المياه إلى الاستعداد له.

لا يتعين على النهر أن ينقل كميات كبيرة من الرواسب بشكل كبير على مدار عام حتى تصبح إدارته أكثر صعوبة. عليها فقط توصيل تلك الرواسب بشكل أسرع.

وقال هوسيك: “إذا أردنا حماية مياه الشرب والجسور والنظم البيئية لدينا في عصر التطور السريع والعواصف الأقوى، فيتعين علينا أن نبدأ في التعامل مع تلك الأيام القليلة المكثفة التي يتم فيها تنفيذ معظم العمل”.

مراجع:

“تنقل الأنهار الأمريكية المزيد من الرواسب العالقة، غالبًا في وقت أقل” بقلم نيشال سيجديل، وأدمن هوسيك، 23 يوليو 2026، اتصالات الأرض والبيئة.
دوى: 10.1038/s43247-026-03847-8

“تكوين التدفق في الأنهار الأمريكية يتحول نحو هطول الأمطار الأخير” بقلم Chuqiang Chen، وAdmin Husic، 7 يوليو 2026، اتصالات الأرض والبيئة.
دوى: 10.1038/s43247-026-03788-2

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.