Ένας καταρράκτης χάθηκε και ένα ποτάμι βρέθηκε

Η ORNL drone και γεωχωρική ομάδα γίνεται η πρώτη που χαρτογραφεί τον ποταμό Κόκα στη λεκάνη του Αμαζονίου καθώς η διάβρωση και τα ιζήματα απειλούν τα εδάφη του Ισημερινού.Από τον Matt Larson, Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge, Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ

Ο ποταμός Coca του Ισημερινού έχει υποστεί τεράστια διάβρωση και καθίζηση τα τελευταία τέσσερα χρόνια από την κατάρρευση του καταρράκτη San Rafael το 2020.

Η γεωλογία κατά μήκος του ποταμού Κόκα του Ισημερινού κινείται γρήγορα προς τα εμπρός. Σε ένα επιστημονικό πεδίο όπου θαύματα της φύσης σχηματίζονται κατά τη διάρκεια χιλιετιών, αλλά οι φυσικές καταστροφές συμβαίνουν μέσα σε λίγα λεπτά, η ταχύτητα είναι μικρότερη από το επιθυμητό.

Τα τελευταία τέσσερα χρόνια, ο ποταμός και η γύρω περιοχή εντός της λεκάνης του Αμαζονίου έχουν υποστεί κατάρρευση φράγματος λάβας, 500 εκατομμύρια τόνοι ιζήματος μετατοπίστηκαν στον ποταμό,κατολισθήσεις και ο σχηματισμός αυτού που κάποιοι έχουν ονομάσει «Γκράν Κάνυον του Ισημερινού».

Στον απόηχο αυτών των γεγονότων, γέφυρες και αγωγοί έχουν καταρρεύσει, καταρρέοντας όχθες ποταμών έχουν απειλήσει σπίτια και επιχειρήσεις, και οι μηχανικοί του Ισημερινού φοβήθηκαν γρήγορα  ότι η πτώση των επιπέδων του ποταμού θα μπορούσε να ακινητοποιήσει έναν υδροηλεκτρικό σταθμό που παρέχει ηλεκτρική ενέργεια στο ένα τρίτο της χώρας.

Αυτές οι επιπτώσεις και οι απειλές συγκέντρωσαν μια διεθνή ομάδα εμπειρογνωμόνων, συμπεριλαμβανομένων των Matt Larson και Brandon Stockwell από τον όμιλο Autonomous Systems στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge του Τμήματος Ενέργειας. Ο Λάρσον και ο Στόκγουελ χρησιμοποίησαν drones να χαρτογραφήσει ένα τμήμα του ποταμού Κόκα που δεν είχε μελετηθεί στο παρελθόν. Η εικόνα υψηλής ανάλυσης της ομάδας,θα χρησιμοποιηθεί σε θερμικές και πολυφασματικές εικόνες για την ενημέρωση των εθνικών χαρτών του Ισημερινού και θα δημιουργηθούν καλύτερα μοντέλα μηχανικής για τον μετριασμό της διάβρωσης.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα τη βαρύτητα της αποστολής τους, ας γυρίσουμε πίσω.

Στις 2 Φεβρουαρίου 2020, ο καταρράκτης San Rafael εξαφανίστηκε.

Δημοσιογράφοι και γεωλόγοι έχουν χρησιμοποιήσει διάφορες λέξεις για να περιγράψουν αυτό που συνέβη.Ο μεγαλύτερος καταρράκτης του Ισημερινού πριν από τέσσερα χρόνια. Αν το φυσικό θαύμα «απέτυχε», «κατέρρευσε» ή «εγκαταλείφθηκε», το μοναδικό φαινόμενο στον ποταμό Κόκα εκείνη την ημέρα ξεκίνησε μια σειρά από γεωγραφικά γεγονότα που συνεχίζουν να επηρεάζουν το τοπίο της χώρας,υποδομές και ασφάλεια.

Pedro Barrera Crespo, υδραυλικός μηχανικός και σύμβουλος της Corporación Eléctrica del Ecuador, ή CELEC, τη μεγαλύτερη εταιρεία ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας, δεν είχε κανένα πρόβλημα πει για αυτό - «ανησυχητικό».

Τι συνέβη στην πραγματικότητα;

Ο καταρράκτης του Σαν Ραφαέλ σχηματίστηκε πριν από χιλιάδες χρόνια όταν ηφαιστειακά συντρίμμια από το κοντινό ηφαίστειο Reventador σχημάτισαν ένα φυσικό φράγμα λάβας στον ποταμό Κόκα. Ήταν κάποτε ο ψηλότερος καταρράκτης του Ισημερινού, που πέφτει κατακόρυφα από ύψος περίπου 150 μέτρα, ή 490 πόδια, μέσα σε πυκνό τροπικό δάσος. Το ποτάμι κυλούσε πάνω από το φράγμα της λάβας,αν και ο καταρράκτης σε μια λεκάνη από όπου συνέχισε άλλα 400 μίλια πριν συναντηθεί με τον ποταμό Αμαζόνιο.

Ακριβώς ανάντη του φράγματος λάβας, σχηματίστηκε μια καταβόθρα στην κοίτη του ποταμού. Στις 2 Φεβρουαρίου 2020, η οροφή της καταβόθρας κατέρρευσε, ρίχνοντας τη ροή του ποταμού κάτω από το φράγμα της λάβας και όχι πάνω από αυτό. Ο ποταμός συνέχισε να ρέει, αλλά ένα από τα μεγαλύτερα τουριστικά αξιοθέατα του Ισημερινού χάθηκε για πάντα.

Οι απώλειες θα συνεχίσουν να εντείνονται τους επόμενους μήνες ως αποτέλεσμα αυτού του μοναδικού γεγονότος. Είναι πιο εύκολο να εξερευνήσετε την πτώση του καταρράκτη σε δύο ενότητες –ανάντη και κατάντη – του φράγματος λάβας.

Διάβρωση, αποκοπή και απειλή υδροηλεκτρικής ενέργειας

Η κατάρρευση της καταβόθρας άφησε πίσω της μια απότομη αλλαγή στην κλίση της κοίτης του ποταμού, γνωστή ως headcut, ακριβώς ανάντη του φράγματος λάβας. Πρόσφατα εκτεθειμένο υλικό κοίτης ποταμού σε μια κεφαλή είναι ασταθής, προκαλώντας τη διάβρωση των βράχων και του εδάφους προς την αντίθετη κατεύθυνση της ροής του νερού. Κατά την πρώτη 18 μήνες μετά το γεγονός του καταρράκτη, η κεφαλή του ποταμού Coca υποχώρησε 12 χιλιόμετρα,λίγο πάνω από 7,4 μίλια, ανάντη καθώς το νερό παρέσυρε τη γη από κάτω του.

Αν η διάβρωση είχε συνεχιστεί με αυτόν τον ρυθμό, ο μεγαλύτερος υδροηλεκτρικός σταθμός του Ισημερινού, που βρισκόταν μόλις 19 χιλιόμετρα, ή 11,8 μίλια, ανάντη του καταρράκτη, πιθανότατα θα είχε χάσει τη λειτουργία του.

Η υδροηλεκτρική εγκατάσταση της Coca Codo Sinclair προμηθεύει το 26% της ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας.

Ο Pablo Espinoza Girón, ο οποίος ηγείται της υποεπιτροπής CELEC για τον ποταμό Κόκα, είπε ότι η CELEC ξεκίνησε αρχικά μια μελέτη μετά την κατάρρευση της καταβόθρας για να κατανοήσει το εγγύς μέλλον με τις επιπτώσεις για τον υδροηλεκτρικό σταθμό.

«Ήταν πραγματικά μια μεγάλη προειδοποίηση για τη CELEC μετά από αυτή τη μελέτη, επειδή τα αποτελέσματα ήταν ανησυχητικά» είπε ο Girón. «Οι πιθανές συνέπειες ήταν πραγματικά τρομακτικές για το εργοστάσιο».

Οι συνέπειες είναι: Εάν η κεφαλή του ποταμού διαβρώσει τον δρόμο του προς τα ανάντη του υδροηλεκτρικού σταθμού, ο ποταμός θα υπονόμευε την υδροληψία του εργοστασίου. Χωρίς νερό, το εργοστάσιο δεν μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια, με αποτέλεσμα τεράστιες συνέπειες για τους κατοίκους του Ισημερινού και το εμπόριο.

«Θα ήταν το ισοδύναμο των ΗΠΑ μιας διακοπής ρεύματος που θα καλύπτει όλη την Ανατολική Ακτή και μερικές γειτονικές πολιτείες», είπε ο Λάρσον του ORNL.

Ευτυχώς, η διάβρωση της κεφαλής επιβραδύνθηκε λόγω ενός συνδυασμού πιο σταθερής κοίτης από υλικά πιο κοντά στον υδροηλεκτρικό σταθμό και ασυνήθιστα ξηρές συνθήκες λεκάνης απορροής ποταμού έκτοτε, 2022. Ωστόσο, η διάβρωση είναι ανησυχητική για την τροφοδοσία ρεύματος της χώρας καθώς και για το γύρω τοπίο και υποδομές. Η απειλή της κατάρρευσης παραμένει πάντα παρούσα όπως το ποτάμι συνεχίζει να ρέει.

Κατάντη: Εναπόθεση ιζημάτων

Καθώς η διάβρωση και οι κατολισθήσεις στο ανάντη συνεχίζονται, οι βράχοι, η άμμος, το έδαφος και άλλα φυσικά συντρίμμια της κοίτης ρέουν κατάντη. Συνολικά κινούνται 500 εκατομμύρια τόνοι ιζήματος κάτω από τον ποταμό Κόκα. Αυτό το βαρύ, κινούμενο ίζημα είναι μια δύναμη, καθώς χαράζει τη γη μεταξύ τους του ποταμού, προκαλώντας την κατάρρευση αγωγών πετρελαίου, γεφυρών και τμημάτων μεγάλου δρόμου.

Ο Adriel McConnell του Σώματος Μηχανικών Στρατού των ΗΠΑ, ή USACE, προσπάθησε να βάλει το  φορτίο ιζήματος του ποταμού Κόκα από τον καταρράκτη του 2020 που κατέρρευσε σε προοπτική.

«Το ίζημα για το οποίο μιλάμε έχει μετακινηθεί σε αυτό το μήκους 12 χιλιομέτρων, ή περίπου 7,5 μίλια, το τμήμα του Rio Coca είναι 1,25 φορές περισσότερο ίζημα από ότι κινείται μέσω των εκβολών του ποταμού Μισισιπή σε ετήσια βάση», είπε ο McConnell.

Για περισσότερες πληροφορίες, ο ποταμός Μισισιπής είναι πάνω από 300 φορές το μήκος του ποταμού Κόκα τμήμα από το οποίο έχει περάσει το κύμα ιζήματος.

Παρόμοια με τα προβλήματα ανάντη, η μεγαλύτερη πιθανή επίδραση κατάντη του καταρράκτη, η κατάρρευση περιλαμβάνει το υδροηλεκτρικό εργοστάσιο της Coca Coda. Κατά την κανονική λειτουργία, το εργοστάσιο διοχετεύει νερό από την ανάντη ληψη στον υδροηλεκτρικό σταθμό, 65 χιλιόμετρα ή περίπου 40 μίλια, κατάντη. Στη συνέχεια απορρίπτει το χρησιμοποιημένο νερό πίσω στο ποτάμι. Όπως το χρησιμοποιημένο νερό κατευθύνεται προς τα κάτω, το κύμα ιζήματος των 500 εκατομμυρίων τόνων θα μπορούσε τελικά να μπλοκάρει τη δομή της εξόδου του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, οδηγώντας σε διακοπή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η διακοπή λειτουργίας θα είχε αντίκτυπο στην απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας σε ολόκληρη την ανατολική ακτή των ΗΠΑ.

Κάλεσμα σε ενισχύσεις

Με μια διττή δυσάρεστη κατάσταση που απειλεί μια σημαντική πηγή χρησιμότητας, επιπλέον υποδομών και φυσικών πόρων, η κυβέρνηση του Ισημερινού και ο Πρέσβης των ΗΠΑ στον Εκουαδόρ κάλεσε για βοήθεια. Οι ενισχύσεις περιελάμβαναν την ομάδα USACE του McConnell καθώς και εμπειρογνώμονες από άλλους εθνικούς οργανισμούς όπως η Εθνική Γεωχωρική Πληροφορία, Οργανισμός, ή NGA, για να βοηθήσει στον μετριασμό των επιπτώσεων αυτού του μοναδικού φαινομένου.

 Επιπλέον, το Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ άρχισε να βοηθά στην ανάπτυξη ενός σχεδίου παρακολούθησης ιζημάτων που χαρακτηρίζουν τα εδάφη στην περιοχή, και το Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ πραγματοποίησε δοκιμές για τον προσδιορισμό της διαβρωσιμότητας του εδάφους. 

«Η αποστολή μας επικεντρώνεται σε έργα για τον έλεγχο αυτού του προφίλ διάβρωσης και τη σταθεροποίησή του πριν από αυτό φτάσει στην πρόσληψη. Βοηθάμε τον Ισημερινό να παρακολουθεί το κατάντη ίζημ για να καθορίσει, όχι τόσο εάν, αλλά πότε πρέπει να κάνουν ένα τεράστιο έργο μεταφοράς της δομής εξόδου πιο κάτω», είπε ο McConnell.

Ο Πρέσβης έκανε επίσης ένα ειδικό αίτημα για να συμμετάσχουν οι Larson και Stockwell του ORNL .Μαζί, έφεραν στην αποστολή προηγούμενη εμπειρία, προηγμένες δεξιότητες και τεχνογνωσία στη διεξαγωγή εργασιών εξ αποστάσεως. Και τα drones.

«Είναι πάνω από 1000 πόδια κάτω από το ποτάμι σε ορισμένες περιοχές, είπε ο Λάρσον. «Απλώς δεν μπορείς να πας να δεις τι συμβαίνει. Ο μόνος τρόπος για να γίνει αυτό πραγματικά είναι με drones».

Εξειδικευμένες δεξιότητες του ORNL

Ο Larson είναι ερευνητής στην ομάδα Autonomous Systems του ORNL με ιστορικό στην γεωλογία και γεωχωρική τεχνολογία. Στην πραγματικότητα, ο Larson είπε όταν ήταν στο μεταπτυχιακό που χρησιμοποιούσε το ίδιο μοντέλο drone που κατέβασαν στον Ισημερινό για να χαρτογραφήσουν τα ιζήματα του ποταμού. Με άλλα λόγια,ήταν κατάλληλος για τη δουλειά.

«Αυτό ήταν ακριβώς στο δρομάκι μου», είπε ο Λάρσον. «Ποτέ δεν πίστευα ότι θα χαρτογραφούσα ξανά τα ιζήματα στην ερευνητική μου καριέρα, αλλά εδώ είναι».

Η αντιστοίχιση είναι μόνο ένα μέρος της εργασίας — ο Larson βοήθησε επίσης στην επεξεργασία όλων των δεδομένων drones που συλλέγονται χρησιμοποιώντας υπολογιστικούς πόρους υψηλής απόδοσης της ORNL για τη δημιουργία μοντέλων για τον μετριασμό των συνεπειών της φυσικής καταστροφής στον ποταμό Κόκα και στις υποδομές του Ισημερινού. 

«Τα δεδομένα είναι βασιλιάς», είπε ο McConnell της USACE.

Ενώ ο Larson έφερε το υπόβαθρο της επιστήμης και της επεξεργασίας δεδομένων στην αποστολή, αυτός δεν είχε συνηθίσει να λειτουργεί σε απομακρυσμένα περιβάλλοντα. 

Οι Larson, Stockwell και η ομάδα τους σχεδίασαν να χαρτογραφήσουν την προηγουμένως μη χαρτογραφημένη έκταση του Ποταμού Κόκα, που εκτείνεται σε 100 χιλιόμετρα ή 62 μίλια. 

Οι δύσκολες συνθήκες εργασίας έκαναν τα drones κρίσιμης σημασίας: Θα μπορούσαν να πετάξουν κάτω από τα σύννεφα και να εκτοξευθούν κάθετα, δίνοντας στην ομάδα ευελιξία μέσα στο τραχύ τοπίο. 

«Είναι πάντα συννεφιά. Πάντα βρέχει. Οι δορυφορικές εικόνες δεν είναι καλές», είπε ο Λάρσον. «Drones είναι ο μόνος τρόπος για να χαρτογραφηθεί αυτή η περιοχή».

Το αναγνώρισε και ο Shellenberger, σημειώνοντας ότι αν και είχαν το δικαίωμα εξοπλισμού, η Μητέρα Φύση φέρνει τη δική της ατζέντα.

«Είναι ένα από τα πιο περιορισμένα εδάφη και καιρικά περιβάλλοντα που έχω πάει ποτέ» είπε ο Shellenberger. «Έπρεπε να το ενσωματώσουμε στο χρονοδιάγραμμά μας».

Οι κατολισθήσεις που προκλήθηκαν από τη διάβρωση του ποταμού και την καθίζηση έβγαλαν τους δρόμους του χωριού κατά μήκος του ποταμού. Πολλοί χρησιμοποιούσαν τα μέσα μαζικής μεταφοράς για να μετακινηθούν στο Κίτο, για εργασία. Άλλοι βασίζονταν στον κεντρικό δρόμο για τη μεταφορά εμπορευμάτων μέσα και έξω κατολισθήσεις, θα χρειάζονταν επιπλέον 10 ώρες για να οδηγήσουν από το χωριό στην πρωτεύουσα.

Ένα βουνό δεδομένων, ένα ποτάμι αποτελεσμάτων

Η ομάδα ολοκλήρωσε την αποστολή χαρτογράφησης για πάνω από 100 χιλιόμετρα, περίπου 62 μίλια, του Coca River σε λιγότερο από 15 ημέρες. Ο Λάρσον επέστρεψε στις ΗΠΑ και άρχισε να επεξεργάζεται τα δύο terabytes δεδομένων που συγκέντρωσαν τα drones. Οι υπολογιστικές δυνατότητες υψηλής απόδοσης στο ORNL ήταν κρίσιμο σε αυτό το μέρος της αποστολής.

«Η χρήση των υπολογιστικών μας πόρων στο εργαστήριο ήταν πραγματικά επωφελής».

Πριν ο Larson και ο Stockwell επισκεφθούν τον Ισημερινό, οι ομάδες CELEC συγκέντρωσαν 10 έως 20 χιλιόμετρα τοπογραφικών πληροφοριών για κάθε δύο μήνες χρησιμοποιώντας βασικά drones και τεχνολογία.

Η ομάδα του ORNL μπόρεσε να επιτύχει σε δύο εβδομάδες αυτό που προηγουμένως χρειάζονταν οκτώ μήνες ή περισσότερο.

Ο Larson βοήθησε να μετατραπούν οι χάρτες των drone σε μοντέλα 2D και 3D ανάλυσης εκατοστών που χρησιμοποιούνται τώρα για την ενημέρωση των εθνικών χαρτών του Ισημερινού και για βελτίωση των μοντέλων των μηχανικών για το CELEC και το Σώμα Μηχανικών Στρατού.

Αυτά τα μοντέλα θα βοηθήσουν τη CELEC και τους συνεργάτες της να ξεπεράσουν τη διάβρωση και την καθίζηση.

«Θα τους βοηθήσει πραγματικά να κατανοήσουν σημεία με μεγάλη πιθανότητα κατολίσθησης», είπε ο Λάρσον.

«Αλλά, επίσης, μπορούν να δουν αν χρειαστεί να ξαναχτίσουμε μια γέφυρα, πού μπορούμε να την ξαναχτίσουμε»;

Ο McConnell είπε ότι η ομάδα θα σταθεροποιήσει πρώτα τη ζώνη διάβρωσης ανάντη της πρώτης θέσης καταρράκτη την άνοιξη του 2024. Στη συνέχεια, είπε, η προσοχή θα στραφεί στον περιορισμό του φορτίου ιζήματος που κινείται κατάντη.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα eurekalert

https://www.eurekalert.org/news-releases/1045181