Hur översvämningar fungerar

Människor som gick översvämmade gatorna i New Orleans efter att haverierna bröt från stormvågorna orsakade av orkanen Katrina. Se fler stormbilder. Michael Lewis / National Geographic / Getty Images

Vatten är en av de mest användbara sakerna på jorden. Vi dricker det, badar i det, rengör med det och använder det för att laga mat. För det mesta är den helt godartad. Men i tillräckligt stora mängder kan samma grejer som vi använder för att skölja en tandborste välta bilar, riva hus och till och med döda.

Översvämningar har krävt miljoner liv ensam under de senaste hundra åren, mer än något annat väderfenomen. Orkanen Katrina i New Orleans och cyklonen 2008 som slog Myanmar är nya exempel på den utbredda förödelsen som översvämningar kan orsaka.

I den här artikeln kommer vi att ta reda på vad som gör att vatten ändrar karaktär så snabbt och se vad som händer när det gör det. Vi undersöker de negativa effekterna av översvämningar och några av fördelarna. Vi kommer också att undersöka hur mänsklig konstruktion kan innehålla översvämningar eller i vissa fall orsaka det.

Innehåll

1. Vatten, vatten överallt
2. Under vädret
3. Ta mig till floden
4. Kom helvete eller högt vatten

Översvämning av jordbruksmark i Missouri. Kraftigt regn våren och sommaren 1993 översvämmade områden i hela det västliga USA, vilket ledde till att den federala regeringen förklarade 500 län i nio stater som stora katastrofområden.

För att förstå hur översvämningar fungerar måste du veta något om hur vatten beter sig på vår planet. Den totala mängden vatten på jorden har förblivit ganska konstant i miljoner år (även om distributionen har varierat avsevärt under den tiden). Varje dag förloras en mycket liten mängd vatten högt i atmosfären, där intensiva ultraviolenta strålar kan bryta isär en vattenmolekyl, men nytt vatten släpps också ut från jordens inre del av vulkanisk aktivitet. Mängden vatten som skapas och mängden som går förlorade är ganska mycket lika.

När som helst är denna volym vatten i många olika former. Det kan vara flytande, som i hav, floder och regn; fast, som i glaciärerna i nord- och sydpolen; eller gasformigt, som i den osynliga vattenångan i luften. Vatten förändras från stat till stat när det flyttas runt planeten av vindströmmar. Vindströmmar genereras av solens uppvärmningsaktivitet. Solen skiner mer på området runt jordens ekvator än på områden längre norr och söder, vilket orsakar en värmeavvikelse över jordens yta. I varmare regioner stiger varm luft upp i atmosfären och drar svalare luft in i det utrymme. I svalare regioner sjunker kall luft och drar varmare luft in i det utrymme. Jordens rotation bryter denna cykel upp, så det finns flera, mindre luftströmcykler över hela världen.

Drivet av dessa luftströmcykler rör Jordens vattentillförsel sig i en egen cykel. När solen värmer havet, flytande vatten från havets yta avdunstar i vattenånga i luften. Solen värmer upp denna luft (vattenånga och allt) så att den stiger upp genom atmosfären och bärs med av vindströmmar. När vattenångan stiger, svalnar den igen, kondense i droppar flytande vatten (eller kristaller av fast is). Samlingar av dessa droppar kallas moln. Om ett moln rör sig in i en svalare miljö kan mer vatten kondensera på dessa droppar. Om det samlas tillräckligt med vatten på detta sätt blir dropparna tillräckligt tunga att de faller genom luften som nederbörd (regn, snö, snö eller hagel). En del av det här vattnet samlas i stora, underjordiska reservoarer, men det mesta bildar floder och bäckar som rinner ut i haven, vilket leder tillbaka vattnet till dess utgångspunkt.

Totalt sett är vindströmmar i atmosfären ganska konsekvent. Vid en viss tid på året tenderar strömmar att röra sig på ett visst sätt över hela världen. Följaktligen upplever specifika platser vanligtvis samma typ av väderförhållanden år till år. Men dagligen är vädret inte så förutsägbart. Vindströmmar och nederbörd påverkas av många faktorer, främst geografi och närliggande väderförhållanden. Ett stort antal faktorer kombineras på ett oändligt antal olika sätt och ger all slags väder. Ibland samverkar dessa faktorer på ett sådant sätt att en atypisk volym flytande vatten samlas i ett område. Till exempel orsakar förhållanden ibland bildandet av en orkan, som dumpar en stor mängd regn vart den än går. Om en orkan kvarstår över en region, eller om flera orkaner råkar röra sig genom området, får landet mycket mer nederbörd än normalt.

1927 flödade Mississippifloden och översvämmade många städer längs kusten. Foto med tillstånd NOAA

Eftersom vattenvägar bildas långsamt över tid står deras storlek i proportion till mängden vatten som i vanliga fall samlas i det området. När det plötsligt finns en mycket större volym vatten, flyter de normala vattenvägarna över, och vattnet sprider sig över det omgivande landet. På sin mest grundläggande nivå är detta vad en översvämning är - en avvikande ansamling av vatten i ett landområde.

En serie stormar med enorma mängder regn är den vanligaste orsaken till översvämningar, men det finns andra. I nästa avsnitt tittar vi på några av de sätt som översvämningar börjar, liksom några av de faktorer som bestämmer deras storlek.

Kraftiga regn våren 2001 översvämmade Davenport, Iowa. Till dess att vattnet sjönk, måste lokalbefolkningen ta sig runt i staden med roddbåt. FEMA News Photo

I det sista avsnittet såg vi att översvämningar inträffar när en atypisk vattenvolym samlas i ett område. Det finns ett antal sätt detta kan hända, och det finns ett brett spektrum av händelser som inträffar när det sker.

Den typ av översvämningar som de flesta känner till inträffar när ett ovanligt stort antal regnstormar träffar ett område under ganska kort tid. I det här fallet överflödas floder och bäckar som leder vattnet till havet. De olika temperaturerna under olika säsonger leder till olika vädermönster. På vintern kan till exempel luften över havet vara varmare än luften över landet, vilket får vindflödet att röra sig från landet ut till havet. Men på sommaren värms luften över landet och blir varmare än luften över havet. Detta får vindströmmen att vända, så att mer vatten från havet plockas upp och transporteras över land. Detta monsun vindsystem kan orsaka en period av intensivt regn som är helt i takt med klimatet resten av året. I vissa områden kan översvämningarna förvärras av överskott av vatten från smältsnö.

Under översvämningen 1993 fyllde frivilliga i St. Genevieve, Missouri, sandpåsar för att bygga provisoriska översvämningsskivor. FEMA News Photo

Det kända exemplet på säsongsöversvämningar är kanske den årliga utvidgningen av Nilen i Egypten. I antika Egypten skulle monsunregn vid floden källa orsaka att vattenvägen sträcker sig ut ett bra avstånd under sommaren. I det här fallet var översvämningarna inte en katastrof, utan en gudsändelse. Det expanderande vattnet skulle täcka fruktbart slam längs floden och göra området till ett idealt jordbruksmark när floden hade sjunkit igen. Detta är en av de viktigaste faktorerna som gjorde det möjligt för civilisationen att frodas i den egyptiska öknen. Idag blockeras floden av en damm uppströms, som samlar sommarregn och döljer den ut hela året. Detta har förlängt planteringssäsongen så att egyptiska gårdar kan odla grödor året runt.

En annan vanlig källa för översvämningar är ovanlig tidvattenaktivitet som utvidgar havets räckvidd längre in i landet än normalt. Detta kan orsakas av speciella vindmönster som driver havsvattnet i en ovanlig riktning. Det kan också orsakas av tsunamier, stora vågor i havet utlösta av en förskjutning i jordskorpan.

Centrum av Johnstown, Pennsylvania, efter den katastrofala översvämningen 1889. Förutom att förstöra Johnstown översvämmade vattenväggen också städer längre "nedströms", inklusive Washington, D.C. Foto med tillstånd NOAA Foto med tillstånd NOAA Centrum av Johnstown, Pennsylvania, efter den katastrofala översvämningen 1889. Förutom att förstöra Johnstown översvämmade vattenväggen också städer längre "nedströms", inklusive Washington, D.C. Foto med tillstånd NOAA Foto med tillstånd NOAA

Översvämningar kan också inträffa när en konstgjord damm raster. Vi bygger dammar för att ändra flödet av floder efter våra egna syften. I grunden samlar dammen flodvattnet i en stor behållare så att vi kan bestämma när vi ska öka eller minska flodens flöde, snarare än att låta naturen bestämma. Ingenjörer bygger dammar som klarar alla mängder vatten som troligen kommer att samlas. Ibland samlas dock mer vatten än ingenjörerna förutspådde, och damstrukturen bryts under tryck. När detta händer släpps en enorm mängd vatten på en gång, vilket orsakar en våldsam "mur" av vatten att skjuta över landet. 1889 inträffade en sådan översvämning i Johnstown, Pennsylvania. Stadsbefolkningen varnade för att översvämningen skulle komma, men många avfärdade varningen som ogrundad panik. När den rusande muren med vatten träffades dödades mer än 2 000 människor på bara några minuter.

Svårighetsgraden av en översvämning beror inte bara på mängden vatten som ackumuleras under en tidsperiod, utan också av landets förmåga att hantera detta vatten. Som vi har sett är en del av detta storleken på floder och bäckar i ett område. Men en lika viktig faktor är landets absorptionsförmåga. När det regnar fungerar jord som en slags svamp. När landet är mättad -- det vill säga har blött upp allt vatten det kan - allt mer vatten som samlas måste rinna som avrinning.

Vissa material mättas mycket snabbare än andra. För att se hur detta fungerar, ta bara en hink med vatten utanför och prova att väta olika ytor. Jord mitt i skogen är en utmärkt svamp. Du kan dumpa flera hinkar med vatten på den och det skulle blötlägga vattnet direkt upp. Rock är inte så absorberande - det verkar inte suga upp något vatten alls. Hård lera faller någonstans däremellan. I allmänhet är jord som har bearbetats för grödor mindre absorberande än odlad mark, så jordbruksområden kan vara mer benägna att översvämma än naturområden.

En av de minst absorberande ytorna runt är betong. I nästa avsnitt ser vi hur betong, asfalt och annan mänsklig konstruktion kan påverka översvämningarna.

Översvämmade gator i St. Genevieve, Missouri. Den lilla staden var en av de många mellanvästliga städerna som blev förstörda av översvämningar sommaren 1993. FEMA News Photo

I det sista avsnittet såg vi att översvämningsgraden bestäms av mängden vatten som samlas i ett område, liksom landytans natur. När civilisationen har expanderat har människor förändrat landskapet på ett antal sätt. I den västra världen har en av de viktigaste förändringarna täckt marken i asfalt och betong. Uppenbarligen är dessa ytor inte de bästa svamparna runt: Nästan allt regn som samlas blir avströmning. I ett industrialiserat område utan bra dräneringssystem kanske det inte kräver mycket regn för att orsaka betydande översvämningar.

Vissa städer, till exempel Los Angeles, har konstruerat konkreta översvämningskanaler för att förhindra detta problem. När det regnar mycket, rinner vattnet in i dessa kanaler, som slingrar sig ut ur staden där vattnet kan absorberas bättre. Dessa typer av system kan dock orsaka översvämningar längre ner på linjen. När du täcker ett område i betong och asfalt skär du väsentligen bort en del av jordens naturliga svamp, så att resten av svampen har mycket mer vatten att hantera.

Ett liknande problem kan uppstå med vallarna, stora väggar byggda längs floder för att hindra dem från att flyta över. Dessa strukturer utsträcker flodens naturliga bredder så att mycket mer vatten kan rinna genom den. Men även om de kan vara effektiva för att hålla vatten ur ett område, gör de vanligtvis problem värre för ett område längs linjen, där det inte finns några vattendrag. Det området får alla översvämningsvatten som skulle ha spridit sig längre uppåt floden. En annan fara för vallar är att de, som dammar, kan gå sönder. När detta händer flyter en stor mängd vatten ut på marken på kort tid. Detta kan orsaka några av de farligaste översvämningsförhållandena.

Vågbrytare i Maryland, byggd för att bromsa erosion på stranden Foto med tillstånd NOAA

Människor har inte haft mycket framgång med att kontrollera översvämningar längs kusten. Överflödigt vatten i dessa områden är särskilt förstörande för konstgjorda konstruktioner på grund av den erosion som det orsakar. En metod för att kontrollera denna erosion är att bygga staket och väggar där vattnet möter marken. Detta håller vågornas kraft i fjärd, så att de inte sliter på stranden. Men strukturerna stör också processen för strandbildning. När du hindrar vattnet från att röra sig mot kusten kan havet inte sprida sand och du får inte vackra stränder.

Ett annat problem med staket och väggar är att det bara är så mycket de kan göra. I grund och botten förändrar stränder miljöer, formade av havets överdrivande kraft. De är till sin natur, förment att eroderas och flyttas av vågornas dynamiska handling. Översvämningar är en regelbunden del av denna process och kommer sannolikt att fortsätta vara oavsett vad vi gör.

En knäckt levee längs Mississippifloden under den stora översvämningen 1927 Foto med tillstånd NOAA

Detsamma kan sägas för många inlandsområden. Även om en flod kan tyckas vara ett stabilt, obehagligt drag i landskapet, är det verkligen en livlig, dynamisk enhet. Detta gäller särskilt stora floder, som Mississippi i USA och Yangtze och Huang He i Kina. Med tiden expanderar dessa vattenvägar, skifter deras väg dramatiskt och kan till och med ändra flödesriktningen. Av denna anledning är landet runt en älvs bredd mycket mottagligt för översvämningar.

Tyvärr är floder också naturliga dragningar för civilisationen. De tillhandahåller bland annat en konstant vattenförsörjning, rik jord och ett enkelt transportmedel. När vattennivån är låg bygger människor längs dess bredder och åtnjuter alla dess fördelar. Vid någon tidpunkt är det dags för vattnet att växla, och de människor som har byggt längs flodslättarna upptäcker snabbt att de lever på ojämn mark. Om det finns omfattande konstruktioner i dessa områden kan översvämningsskadorna vara förödande.

I nästa avsnitt tittar vi på de olika sorters översvämningsskador för att se hur vanligt vatten kan vara en förödande kraft.

Bilar som staplades upp av en flashflod 1972 i Rapid City, South Dakota. Foto med tillstånd NOAA

Den värsta skadan från översvämningar, förlust av liv och hem, orsakas främst av den stora kraften i strömmande vatten. I en översvämning kan två fot (61 cm) vatten röra sig med tillräckligt med kraft för att tvätta en bil bort, och 15 cm vatten kan slå dig från dina fötter. Det kan verka överraskande att vatten, till och med mycket vatten, kan packa en sådan wallop. När allt kommer omkring kan du lugnt simma i havet utan att slås runt, och det är en enorm mängd rörligt vatten. Och i de flesta fall är en flödande flod inte tillräckligt stark för att slå dig över. Så varför uppträder flodvatten annorlunda?

Ett hus som transporterades nedströms vid översvämningar 1997 i Arboga, Kalifornien Foto med tillstånd NOAA

Flodvatten är farligare eftersom de kan utöva mycket mer tryck än en vanlig flod eller ett lugnt hav. Detta beror på de stora skillnaderna i vattenvolym som finns under många översvämningar. I en översvämning kan mycket vatten samlas i ett område medan det knappast finns vatten i ett annat område. Vatten är ganska tungt, så det rör sig mycket snabbt för att "hitta sin egen nivå." Ju större skillnaden mellan vattenvolymer över ett område, desto större rörelsekraft. Men vid en viss punkt ser vattnet inte så djupt ut och det verkar inte särskilt farligt - förrän det är för sent. Nästan hälften av alla dödsfall i översvämningar är resultatet av människor som försöker köra sina bilar genom rusande vatten. Det finns mycket mer vatten i havet än i en översvämning, men det slår inte över oss eftersom det är ganska jämnt fördelat - vatten i ett lugnt hav rusar inte för att hitta sin egen nivå.

De farligaste översvämningarna är översvämningar, som orsakas av en plötslig, intensiv ansamling av vatten. Flash-översvämningar träffar ett område strax efter att vattnet börjar ackumuleras (oavsett om det är för mycket regn eller annan orsak), så mycket av tiden ser folk dem inte komma. Eftersom det finns en hel del vatten som samlas in i ett område, tenderar blixtflödet att röra sig med mycket kraft, slå människor, bilar och till och med hus ur vägen. Blixt översvämningar kan vara särskilt förödande när en kraftig åskväder dumpar en stor mängd regn på ett berg. Vattnet rör sig nerför berget med en enorm hastighet och plöjer igenom allt i dalarna nedanför.

En släpvagn, bil- och telefonstång staplad upp av en översvämning 1977 i Georgia Photo med tillstånd NOAA

En av de värsta blixtflödena i USA: s historia inträffade 1976 i Big Thompson Canyon, Colorado. På mindre än fem timmar släppte åska i närliggande områden mer regn än regionen vanligtvis upplever på ett år. The Big Thompson River, normalt en grunt, långsamt rörlig vattenväg, förvandlades plötsligt till en ostoppbar torrent och dumpade 233 000 gallon (882 000 L) vatten i kanjonen varje sekund. Tusentals campare hade samlats i kanjonen för att fira hundraårsdagen i delstaten Colorado. Översvämningen hände så snabbt att det inte fanns någon tid att ge en varning. När den drabbades skadades hundratals människor och 139 dödades.

En mindre katastrofisk typ av skador är enkel fukt. De flesta byggnader kan hålla regnet ute, men de är inte byggda för att vara vattentäta. Om vattennivån är tillräckligt hög, sipprar mängder vatten in i husen och blöter allt. Men i de flesta fall är det största skadliga elementet inte själva vattnet utan leran som det medför. När vatten rinner över landskapet tar det upp mycket skräp. När översvämningen är över sjunker vattennivån och allt torkar så småningom ut, men lera och skräp sticker runt.

Räddningsarbetare kämpar uppströms mot rusande vatten i en översvämningsflod från 1975 som drabbade Rockville, Maryland. Foto med tillstånd NOAA

1966 översvämmade en stor storm Arno, en italiensk flod som rinner genom staden Florens. Den lilla staden, en av världens konsthuvudstäder, överskreds med vatten, lera och allmän slem. Utöver förlusten av liv och skadorna på byggnader var det en stor skada på stadens konstsamling. Lera och slem täckte nästan allt lagrat i stadens källare och rum på marknivå. Genom många års arbete har forskare och konsthistoriker kunnat återställa de flesta av de skadade artefakterna till gott skick.

En annan typ av översvämningsskador är sjukdomsspridningen. När vatten rinner över ett område kan det plocka upp alla slags kemikalier och avfallsprodukter, vilket kan leda till extremt ohygieniska förhållanden. I huvudsak flyter allt och alla i en översvämning i en stor soppa. Medan sjukdomar vanligtvis inte skapas av dessa tillstånd överförs de lättare (de flesta sjukdomar sprids lättare genom vatten än de rör sig genom luften). Om du befinner dig i ett översvämmat område är det mycket viktigt att du bara dricker flaska eller kokt vatten och följer andra sanitetsriktlinjer. För att lära dig mer om vad du ska göra under översvämmade förhållanden, kolla in den här guiden som presenteras av Center for Disease Control.

Vi kommer aldrig att kunna sluta översvämningar. Det är ett oundvikligt element i vår komplexa vädersystem i vår atmosfär. Vi kan emellertid arbeta för att minimera skadorna som översvämmas genom översvämningar, genom att bygga sofistikerade dammar, flodar och kanalsystem. Men det bästa sättet att undvika översvämningsskador kan vara att backa ut från översvämningsbenägna områden helt. Som med många naturfenomen kan den mest förnuftiga reaktionen på översvämningar vara att komma ur vägen.

relaterade artiklar

• Hur orkaner fungerar
• Hur jordbävningar fungerar
• Hur Tornadoes fungerar
• Hur Lightning fungerar
• Hur mäter de "havsnivån"?
• Vad orsakar årstiderna?
• Vad är en Nor'easter?
• Om de polära iskapslarna smälte, hur mycket skulle haven stiga?
• Varför rör orkaner sig som om de har sitt eget sinne?
• Vad är skillnaden mellan snö, snö och frysregn?
• Varför är det kallare på toppen av ett berg än på havsnivån?
• Försvinner Lake Quiz

Fler bra länkar

• National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)
• Federal Emergency Management Agency (FEMA)
• NOVA Flood Special
• Att hantera översvämningar
• Översvämningsämnen