Piena

Il termine “freshet” è più comunemente usato per descrivere uno scioglimento delle nevi , un evento annuale di piena sui fiumi dovuto allo scioglimento della neve e del ghiaccio del fiume. Una piena primaverile può a volte durare diverse settimane su grandi sistemi fluviali, con conseguente inondazione significativa delle pianure alluvionali poiché il manto nevoso si scioglie nel bacino idrografico del fiume.

Piena sul fiume Ouareau a Rawdon , Quebec , Canada

Le piene possono verificarsi con diversa intensità e durata a seconda della profondità del manto nevoso e dei tassi medi locali di riscaldamento delle temperature. I manti nevosi più profondi che si sciolgono rapidamente possono causare inondazioni più gravi . Gli scioglimenti tardivi primaverili consentono inondazioni più rapide; questo perché le giornate relativamente più lunghe e l’angolo solare più elevato consentono di raggiungere rapidamente le temperature medie di scioglimento, causando lo scioglimento rapido della neve. I manti nevosi ad altitudini più elevate e nelle aree montuose rimangono freddi e tendono a sciogliersi in un periodo di tempo più lungo e quindi non contribuiscono a gravi inondazioni. ^[1] Le gravi inondazioni dovute alle piene negli stati meridionali degli Stati Uniti sono più spesso correlate a tempeste di pioggia di grandi sistemi meteorologici tropicali che si riversano dall’Atlantico meridionale o dal Golfo del Messico , per aggiungere la loro potente capacità di riscaldamento a manti nevosi più piccoli. Le precipitazioni indotte dai tropici, influenzate dal rapido scioglimento delle nevi, possono avere effetti anche sulla copertura nevosa fino a latitudini più a nord, come il Canada meridionale, a patto che la massa d’aria generalmente più fredda non blocchi il movimento verso nord dei sistemi di bassa pressione.

Nella parte orientale del continente , le piene annuali si verificano nella taiga canadese , lungo entrambi i lati dei Grandi Laghi, poi attraverso la fitta foresta della catena montuosa degli Appalachi e la valle del San Lorenzo, dal Maine settentrionale e dal Nuovo Brunswick fino alle catene montuose della Carolina del Nord e del Tennessee .

Nella parte occidentale del continente, le piene si verificano lungo le altitudini generalmente più elevate delle varie catene montuose della costa occidentale che si estendono verso sud dall’Alaska fino alle zone settentrionali dell’Arizona e del Nuovo Messico .

Il termine può anche riferirsi a quanto segue:

• Un’alluvione risultante da forti piogge o da uno scioglimento primaverile. [ ^2] Mentre le forti piogge spesso causano un’alluvione improvvisa , un evento di scioglimento primaverile è generalmente un processo più incrementale, a seconda del clima e della topografia locali .
• Un corso d’acqua, un fiume o un’inondazione di acqua dolce che sfocia nell’oceano , solitamente scorrendo attraverso un estuario . ^[3]
• Un piccolo corso d’acqua dolce, indipendentemente dal suo deflusso. ^[3] [4]
• Una piscina di acqua dolce, secondo il dizionario di Samuel Johnson A Dictionary of the English Language ^[5] e seguito nel dizionario di Thomas Sheridan, ma questa potrebbe essere stata un’interpretazione errata da parte di Johnson, e nella migliore delle ipotesi non è un uso comune. ^[6] [7]
• Un rilascio controllato di acqua in eccesso in un fiume da una diga o altra struttura di contenimento, in aggiunta ai normali flussi di compensazione, destinato a simulare eventi di flusso elevato che normalmente si verificherebbero naturalmente se il fiume non fosse trattenuto. Sono progettati per aiutare la migrazione dei pesci. ^[8]

Le piene sono il risultato dell’apporto massiccio di acqua al paesaggio, sia per scioglimento delle nevi , sia per forti piogge, sia per una combinazione dei due. In particolare, le piene si verificano quando quest’acqua entra nei corsi d’acqua e provoca inondazioni e condizioni di flusso elevato. Quando le piene si verificano in inverno o all’inizio della primavera, il terreno ghiacciato può contribuire a rapide inondazioni. Questo perché le acque di scioglimento non riescono a infiltrarsi facilmente nella superficie ghiacciata e invece scorrono via terra nei fiumi e nei corsi d’acqua, portando a una rapida risposta alle inondazioni. ^[9] I manti nevosi più profondi con grandi equivalenti di acqua della neve (SWE) sono in grado di fornire maggiori quantità di acqua a fiumi e corsi d’acqua, rispetto ai manti nevosi più piccoli , dato che raggiungono temperature di scioglimento adeguate. Quando le temperature di scioglimento vengono raggiunte rapidamente e lo scioglimento delle nevi è rapido, le inondazioni possono essere più intense. ^[10] Nelle aree in cui le piene dominano il regime idrologico , come il bacino del fiume Fraser nella Columbia Britannica , la tempistica delle piene è fondamentale. Nel bacino del fiume Fraser, la piena annuale è stata osservata 10 giorni prima nel 2006 rispetto al 1949. ^[11] In queste aree, le piene più precoci possono causare condizioni di basso flusso più avanti nell’estate o in autunno.

Le piene possono verificarsi anche a causa di eventi di pioggia. Eventi di pioggia significativi possono saturare il terreno e portare a una rapida inondazione dei corsi d’acqua, ^[12] oltre a contribuire allo scioglimento della neve fornendo energia ai manti nevosi attraverso l’advezione . ^[13] Ai tropici, le tempeste tropicali e i cicloni possono portare a eventi di piene. ^[14]

L’entità delle piene dipende dall’accumulo di neve e dalla temperatura. Le piene più piccole sono state associate alle condizioni di El Niño , dove le condizioni più miti portano a minori accumuli di neve. Il contrario è vero nelle condizioni di La Niña . Il deflusso dalle piene è un importante contributo di nutrienti ai laghi. Nelle condizioni di La Niña con piene più forti, deflusso più elevato e alti apporti di nutrienti, nei laghi sono presenti più specie indicatrici ecologiche positive ( Arcellacea ), indicando livelli inferiori di stress ecologico. ^[15] Nelle condizioni di El Niño , le piene più piccole contribuiscono meno al deflusso e determinano minori apporti di nutrienti a laghi e fiumi. In queste condizioni, sono presenti meno specie indicatrici ecologiche positive. ^[15]

I pesci migratori, come il salmone e la trota , sono molto sensibili alle piene. Nei flussi bassi presenti alla fine delle piene, i pesci hanno maggiori probabilità di risalire i corsi d’acqua (spostarsi a monte). Durante i flussi alti al culmine di una piena, i pesci hanno maggiori probabilità di scendere i corsi d’acqua. ^[16] Ci sono alcune specie di pesci che sono meno colpite dalle piene rispetto ad altre. Il goby Pomatoschistus ssp, ad esempio, mostra modelli di migrazione simili e recupera in abbondanza e distribuzione della popolazione dopo/durante le condizioni di piena. ^[17] Le specie bentoniche-estuarine sembrano adattarsi meglio alle piene, alcune hanno persino mostrato un effetto di attrazione dovuto all’entità degli stimoli estuarini. Alcune specie sono colpite dalle conseguenze delle piene più di altre. Ciò è dovuto a molteplici fattori, alcuni includono, ma non sono limitati a: differenziazione nell’anatomia biologica delle specie, precedenti modelli di migrazione, stagioni di accoppiamento e abitudini alimentari. ^[18]

Le piene sono spesso associate a livelli elevati di carbonio organico disciolto (DOC) nei corsi d’acqua e nei fiumi. Durante i flussi di base , l’acqua che entra nei corsi d’acqua proviene dalle profondità del terreno dove i contenuti di carbonio sono più bassi a causa della digestione microbica. Durante una piena, è più probabile che l’acqua scorra sulla terraferma, dove dissolve il carbonio abbondante e meno degradato presente negli strati superiori del terreno prima di entrare nei corsi d’acqua. Livelli elevati di carbonio organico disciolto (DOC) portano a una diminuzione della produttività primaria netta del corso d’acqua migliorando la crescita microbica eterotrofica. ^[19] [20] Le piene sono state anche collegate alla compressione dei gradienti di salinità, all’aumento della torbidità e nelle condizioni più intense di piene hanno ridotto i livelli di ossigeno. ^[21]

Le piene artificiali sono state anche correlate con i cambiamenti nei modelli di migrazione del salmone atlantico adulto. È stato condotto uno studio nella Norvegia meridionale che ha mostrato alterazioni significative nelle distanze di migrazione. Confrontando i dati pre-pienezza, durante la piena e post-pienezza, le distanze di migrazione medie all’ora del salmone hanno mostrato differenze significative. ^[22]

Le piene possono causare cambiamenti catastrofici alla società, in particolare nell’economia e nell’agricoltura di ambienti popolati. È stato documentato che le inondazioni causate dalle acque alte dei fiumi distruggono monumenti storici, distruggono ecosistemi e rappresentano una grande minaccia per qualsiasi forma di vita che viva vicino all’evento di piena, inclusa la vita umana. ^[23] La ricerca sulla previsione dei cambiamenti dei livelli dell’acqua dovuti alle piene è diventata un argomento di grande attualità nella comunità scientifica a causa di eventi catastrofici passati e futuri.

L’alluvione della Red River Valley del 1997 fu il risultato di una piena eccezionalmente grande alimentata da grandi accumuli di neve che si sciolsero a causa del rapido riscaldamento delle temperature, producendo grandi volumi di acqua di disgelo che inondarono il terreno ghiacciato. Al culmine dell’alluvione, il Red River raggiunse una profondità di 16,46 metri (54,0 piedi) e una portata massima di 4.000 metri cubi al secondo (140.000 piedi cubi/s). Questo evento è stato definito “l’alluvione del secolo” nelle aree colpite. ^[24] [25]

Il fiume Fraser nella Columbia Britannica subisce piene annuali alimentate dallo scioglimento delle nevi in ​​primavera e all’inizio dell’estate. La più grande piena mai sperimentata nel fiume Fraser si è verificata nel 1894 e ha portato a una portata di picco stimata di 17.000 metri cubi al secondo (600.000 piedi cubi/s) e un’altezza di picco di 11,75 metri (38,5 piedi) a Hope, BC . ^[26] Tuttavia, a causa della bassa popolazione, questa alluvione ha avuto un impatto minore rispetto alla seconda alluvione più grande del 1948, che ha avuto una portata di picco di 15.200 metri cubi al secondo (540.000 piedi cubi/s) e un’altezza di picco di 10,97 metri (36,0 piedi) a Hope, BC. ^[26] L’alluvione del 1948 ha causato ingenti danni nella bassa valle del Fraser e all’epoca è costata 20 milioni di dollari. ^[27]

Nel 1972, il fiume Susquehanna che sfocia nella baia di Chesapeake subì una piena considerevolmente grande a causa della tempesta tropicale Agnes , che causò inondazioni e un aumento della sedimentazione nella baia di Chesapeake. Al culmine dell’inondazione, il 24 giugno 1972, il picco di portata istantaneo fu superiore a 32.000 metri cubi al secondo (1.100.000 piedi cubi/s) e alla foce del fiume, la concentrazione di solidi sospesi fu superiore a 10.000 milligrammi per litro. ^[28]

Nel Giappone sud-occidentale il fiume Ohashi scorre tra due lagune di acqua salmastra. In questo fiume è stato scoperto che Ammonia “beccarii” forma 1 (un foraminifero bentonico) colonizza queste acque a seconda dei cambiamenti stagionali nell’ecosistema. Questi organismi sono stati studiati prima e dopo gli eventi di piena e si è scoperto che si riprendono anche quando il loro habitat è stato ridotto da disturbi fisici. Le piene in inverno o all’inizio della primavera causano rapide inondazioni. L’abbondanza di acqua dovuta allo scioglimento della neve non può facilmente infiltrarsi nella superficie ghiacciata e scorrere nei fiumi vicini, in questo studio il fiume Ohashi. Molti degli organismi in questo fiume si sono evoluti per superare gli effetti delle piene ^[29]

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