1941年12月13日，在秘鲁瓦拉斯，一座曾拦截帕尔卡科查湖的天然堤坝溃决，造成2000人死亡。
这类灾难性事件被称为“冰川湖溃决洪水”。
强降雨以及岩石、雪或冰崩可能抬高冰碛坝冰川湖的水位，导致堤坝坍塌或漫顶。
随着气候变暖导致冰川融化，这类自然灾害可能在全球范围内变得更加常见。
麦克马斯特大学的罗德里戈·纳罗·佩雷斯解释了我们如何应对这一问题。
1941年12月13日清晨，秘鲁瓦拉斯的居民听到一阵可怕的隆隆声在山谷中回荡。几分钟内，水、冰和岩石组成的洪流便冲入城市，摧毁了该城三分之一的区域，并造成至少2000人死亡。
由岩石和松散沉积物构成的天然堤坝曾拦截着帕尔卡科查湖的水，但最终决堤。八十年后，其溃决仍是秘鲁最惨痛的自然灾害之一。
这类灾难性事件被称为“冰川湖溃决洪水”。冰川湖（例如安第斯山脉白山山脉各处的冰川湖）通常由高度可达100米以上的冰碛拦截。它们规模宏大，但往往并不稳定。
强降雨以及岩石、雪或冰崩可能抬高冰碛坝冰川湖的水位，产生涌浪，越过冰碛坝或使其坍塌，从而释放出大量水体。这类自然灾害预计将在秘鲁以及全球范围内变得更加常见，因为气候变暖正以历史上前所未有的速度融化冰川。
预测冰川湖溃决洪水
这段黑暗的历史推动了国际研究，以探究拦截秘鲁冰川湖的冰碛坝的稳定性。秘鲁北部的白山山脉拥有全球最高密度的热带冰川。预测这些溃决洪水何时发生以及其破坏力有多大，是下游逾32万名居民极为关注的问题。
地质工程模型利用湖泊的大小和体积、冰碛坝的高度、宽度和坡度，以及河道和山谷的尺寸等变量，来评估冰碛坝的稳定性和洪水风险。遗憾的是，这些模型未包含太多关于冰碛坝成分的信息，而成分可能因其所在位置和形成方式而存在显著差异。
我的研究是麦克马斯特大学与秘鲁国家冰川与山地生态系统研究所（INAIGEM）合作项目的一部分，重点在于确定这些冰碛坝的成因，以及冰碛坝及其所拦截湖泊的物理特征。这些特征可能对堤坝的稳定性及其溃决的可能性产生相当大的影响。
利用无人机了解冰碛坝的结构
冰川通过搬运、沉积和推移巨石、砂砾以及细粒的粉砂和黏土，沿谷底及相邻谷壁形成冰碛，常常构成屏障。但是，根据其所含材料及形成方式的不同，一座冰碛可能比另一座稳定得多。
水可能会通过冰碛层叠结构中的薄弱点渗漏并带走沉积物，或者在地震等扰动之后，松散的岩石可能发生坠落。这些薄弱点使冰碛坝更有可能完全坍塌。确定这些薄弱点，是预测冰川湖堤坝稳定性的重要一步，并可使地球科学家和工程师设计出更有效的修复策略，以应对可能发生的冰川湖溃决洪水。
我和同事正在利用无人飞行器（UAV，即无人机）采集高分辨率图像，分析冰岛南部沿冰川两侧形成的大型侧碛的结构。我们利用这些图像来识别并划分粗粒和细粒沉积物的区域，这些区域可能形成渗漏带和沉积物流失带，并导致堤坝失效。我们计划于2022年初对白山山脉的冰碛坝开展类似的高分辨率无人机勘测。
该研究将提升预测模型的可靠性，以识别潜在的冰川湖洪水灾害。研究还将确定最急需修复工作的区域，例如增建额外的泄流渠道或加固护坡屏障，以强化冰碛。
随着冰川加速融化、这些天然冰碛坝所蓄积的水量不断增加，以及洪水的破坏力持续增强，这一点将变得尤为重要。卡尔加里大学研究人员的一项近期研究显示，自1990年以来，全球冰川湖的水量已增加50%。
自19世纪初以来，据估计已发生165次冰碛坝冰川湖溃决洪水。此外，全球约12000人的死亡可直接归因于冰川洪水。
我们在秘鲁的研究将为冰碛坝稳定性提供新的见解，这些见解可应用于其他地区，例如玻利维亚、喜马拉雅山脉和加拿大落基山脉，随着气候变暖持续融化冰川，这些地区的冰川湖溃决洪水风险也在增加。
