Temat – rzeka

Detla Mississippi. Fot. NASA Detla Mississippi. Fot. NASA

Oceany stanowią 71% powierzchni Ziemi. Reszta to lądy. Jednak kategoria „ląd” jest dość pojemna i obejmuje też lodowce, lądolody, jeziora, zbiorniki wodne, oraz rzeki. Jaką powierzchnię stanowią te ostatnie i dlaczego w ogóle warto zaprzątać sobie tym głowę?

Dla turysty rzeka będzie miejscem relaksu w kajaku. Dla wędkarza – areną zmagań z dzikimi bestiami czającymi się w rzecznym nurcie. Naukowiec natomiast dostrzeże w powierzchni rzeki płaszczyznę wymiany materii między środowiskiem wodnym a atmosferycznym. Większość kajakarzy i wędkarzy zapewne nie zdaje sobie sprawy, że rocznie z powierzchni rzek trafia do atmosfery około 1,8 mld ton węgla (pod postacią dwutlenku tego pierwiastka). Dużo? Dużo. To jedna piąta tego, co emitują ludzie w procesach spalania węgla kamiennego/brunatnego, ropy i gazu ziemnego.

Naukowcy liczą emisję i pochłanianie dwutlenku węgla z determinacją równą tej, z jaką miłośnik/miłośnicza fitness liczy pochłonięte i spalone kalorie. Cel w zasadzie ten sam – wiedzieć jaki jest bilans i czy nam przybywa, czy ubywa (tłuszczu w ciele, dwutlenku węgla w atmosferze). Wiarygodność bilansu zależy m.in. od precyzji z jaką opisujemy (parametryzujemy) źródła emisji dwutlenku węgla.

Gdy uwaga badaczy padła na rzeki, okazało się, że tak naprawdę tylko jedno badanie pokusiło się o wyznaczenie powierzchni zajmowanej przez wody rzek w skali globalnej. Co gorsza, w badaniu tym nie obserwowano bezpośrednio samych rzek, ale ich „wtórny” obraz – sieć rzeczną wygenerowaną komputerowo z cyfrowego modelu rzeźby terenu.

George Allen i Tamlin Pavelsky z Uniwersytetu Północnej Karoliny (USA) postanowili zmienić ten stan rzeczy i sięgnęli po dane satelitarne Landsat. Ponieważ czasem w rzekach wody jest więcej, czasem mniej, naukowcy zdecydowali się uwzględnić tylko takie zdjęcia, na których rzeki są w swoim typowym stanie (naukowo: wartość przepływu w chwili obrazowania przez satelitę odpowiada średniemu/typowemu przepływowi w rzece). Takie filtrowanie było nie lada wyzwaniem, gdyż – jak się później okazało – rzeki na naszej planecie mają w sumie 2,1 mln km długości. Uwzględniając tylko te, które są szersze niż 30 m.

Szerokość największych rzek na Ziemi. W dolnej części grafiki, w powiększeniu pokazano jak ocena szerokości rzek wyglądała dla fragmentu Amazonki. Rys. Allen i Pavelsky, 2018.
Szerokość największych rzek na Ziemi. W dolnej części grafiki, w powiększeniu pokazano jak ocena szerokości rzek wyglądała dla fragmentu Amazonki. Rys. Allen i Pavelsky, 2018.

30 m nie bierze się znikąd. To rozdzielczość przestrzenna danych Landsat. Teoretycznie i w uproszeniu: na zdjęciach Landsata trudno dostrzec obiekty (w tym rzeki) mniejsze (węższe) niż 30 m. To wartość graniczna. W rzeczywistości najbardziej wiarygodne okazały się szacunki dla rzek, których szerokość przekraczała  90 m, czyli trzy piksele Landsata. Wisła osiąga taką szerokość na wysokości Krakowa (100 m), po czym szerokość Królowej Polskich Rzek wzrasta do 180 m (Sandomierz), 250 m (Warszawa) i 400 m w miejscu ujścia rzeki do Bałtyku.

Analiza 7376 zdjęć z misji Landsat wykazała, że rzeki na naszej planecie zajmują 773 tys.+-79 tys. km2, co stanowi 0,58+0,06% niezlodzonej powierzchni lądów. Niejako przy okazji Allen i Pavelsky wykryli ponad 7,6 miliona obiektów „wodnych, śródlądowych, ale nie rzecznych”, czyli jezior, zbiorników wodnych, itp.

Udział powierzchni rzek w powierzchni całego dorzecza. Rys. NASA
Udział powierzchni rzek w powierzchni całego dorzecza. Rys. NASA

Otrzymane mapy pokazały, że największą powierzchnię zajmują rzeki w strefie równikowej, zasilane nieustannymi, ulewnymi deszczami. To właśnie tam, pośród wiecznie zielonych lasów równikowych, płyną leniwe wody gigantycznej Amazonki i Kongo. Na drugim biegunie znajdują się regiony zwrotnikowych pustyń – Sahary, Australii – gdzie rzek nie ma wcale.

Nowe szacunki korygują poprzednie. Analiza Allena i Pavelsky’ego wykazała, że rzeki zajmują o 44%+-15% większa powierzchnię, niż dotąd przyjmowano. Jak wpłynie to na ocenę emisji dwutlenku węgla w powierzchni wód? Inna kwestia – szerokość wielu rzek nie przekracza 90 m, a nawet 30 m. Takich cieków jest sporo w Polsce. Jak uwzględnienie takich cieków wpłynie na ocenę „areału” rzek?

Artykuł opisujący badania: Allen i Pavelsky, 2018. Global extent of rivers and streams. Science, doi: 10.1126/science.aat0636.