Vattenvägar i tre dimensioner (Vattenpriset 2002)

(Denna artikel publicerades i Dagens Forskning 12 augusti 2002)

Hydrologi handlade länge om att bygga dammar, kanaler och andra vattensystem, men Ignacio Rodríguez-Iturbe förvandlade denna teknologi till en vetenskap som både förklarade hur och varför vattnets vägar ser ut som de gör.
-Jag är förstås väldigt glad personligen över att ha fått Stockholms vattenpris, men jag är också glad för att det är ett erkännande för hydrologin, säger han.

(PRINCETON, New Jersey). Många tar vattnet för givet precis som vi gör med luften vi andas, men var femte människa på jorden lider brist på rent vatten.
-Det är ingen överdrift att säga att vattnet påverkar allting och det inte bara för att vi dricker vatten, tvättar oss i vatten och att alla industrier använder vatten. Vatten är liv och hydrologin spelar en helt avgörande roll för civilisationen, säger han.
-Folk tar för givet att vi ska ha vatten, men det finns regioner där vatten är den värdefullaste varan och man talar till och med om vattenkrig. Det är ingen obegränsad resurs, men ändå missköter vi den.

-Jag fick bland annat priset för att jag varit med om att förklara hur en flod och dess upptagningsområde fungerar, säger han syftande den ekohydrologi som han initierat.
-Flodsystem har en trädstruktur som kan beskrivas med hjälp av fraktalgeometri. De påminer om ett löv med dess ådror. Vi insåg att denna struktur kommer i ett obegränsat antal variationer när det gäller form och storlek, men också att det fanns vissa signaturer som gällde alla flodsystem. Vi försökte hitta det som förenade alla dessa former.

Det ledde så småningom till en teori för hur vatten färdas i ett landskap och hur det transporterar de sediment det plockar upp under färden. Den modell han var med om att utveckla kallas Optimal Channel Networks (OCN) och beskriver hur vattnet hittar sin väg genom att välja den mest effektiva vägen på väg ner mot mynningen ut i havet.

Var det en ide som dök upp över en kopp kaffe?
-Tja, det var en ide som cirkulerat ett bra tag och jo, jag spenderade en hel del tid tänkande på denna fråga medan jag hade kaffe. Det tjusiga var att kunna visa att även om alla dessa tredimensionella sluttningar skiljer sig helt från varandra, så finns det gemensamma drag och relationer som styr den inre strtukturen mellan delarna. Du kan vara stor eller liten, men förhållandet mellan dina armars storlek och dina bens är ganska lika. Det spelar ingen roll hur olika de ser ut, för en del saker förblir desamma. För att förstå dynamiken och svara på frågan ”varför” måste vi komma på vad det var som förenade alla dessa olika former och utseenden. Svaret var på sätt och vis uppenbart, men det var svårt att påvisa rent konkret. Flodens upptagningsområde organiserar sig själv, organiserar sig över bergssluttningar och i skilda strömmar och bifloder på ett effektivt sätt för att leda vattnet och sedimenten mot det gemensamma utloppet. Vi beskrev detta i vår bok Fractal River Basins: Chance and Self-Organization (Cambridge University Press, 1997,) säger han om den bok han skrev tillsammans med Andrea Rinaldo.

Lyckligt nog för Ignacio och hans kollegor fanns det ett överflöd på data för att testa modellen. Det var bara att anlita landets digitala höjdkartor (Digital Elevation Maps, DEM) som går ner till 30 gånger 30 meter och i en del fall till 5 gånger 5 meter.

Ett annat område som nämns av priskommitten är hans bidrag till att förklara långvariga perioder av torka och översvämningar.
-Folk antar ofta att genomsnitt är de vanligaste tillstånden, men så är det inte. Vi analyserade perioder av översvämning och torka utifrån feedback-processer mellan atmosfären och marken, vilket är helt avgörande när det gäller att förstå sådana perioder. Vi ville förstå varför perioder av torka ofta fortsätter under långa perioder, något som till exempel varit fallet i Sahil i Sudan där man haft torka i 20-30 år.
-Att förstå detta är enormt viktigt för mänskligheten, eftersom man måste dra fördel av de år då vi har mer vatten än genomsnittligt, som en förberedelse för torra år. De torra perioderna kallas inte helt oväntat för Josef-fenomen, medan de våta perioderna går under namnet Noah-fenomen. Teorin har bland annat hjälpt till att förutsäga Nil-flodens beteende, liksom hur Stora Saltsjön i delstaten Utah fungerar.

Ignacios ansats lade grunden för ett vetenskapligt område som döpts till eko-hydrologi, försöker förstå hela processen, feedback-dynamiken mellan atmosfären och marken.

Detta måste påverka modellerna för växthuseffekten eftersom de för in marken i modellen?
-Ja, det för in marken som en del av feedback-loopen vilket är väldigt viktigt. Det kopplar samman forskningen om växthuseffekten och klimatförändringar med lokala förändringar i en flods tillflödesområde. Trots all osäkerhet verkar det klart att den kommer att understryka systemets fluktueringar. Vi kommer att få mer extrema tillstånd, med mer och allvarligare översvämningar, samt längre och intensivare torrperioder.

De tidigare modellerna för global uppvärmning handlade mest om atmosfären och oceanerna.
-Jo, det stämmer. Det fanns en tendens att tro att det räckte, men idag är alla överens om att det är avgörande att representatera marken på ett bra sätt. Folk brukade ignorera kontinenterna, men vi förstår idag utbytet mellan marken och atmosfären mycket bättre.
-Vi förstår att marken spelar en grundläggande roll för utväxlingen av energi och väta mellan atmosfären och marken, vilket påverkat vår förståelse av växthuseffekten. Vi förstår den nu mer realistiskt och detaljerat på den regionala nivån.

Vilka blir det politiska konsekvenserna av detta?
-Det råder en stark debatt världen över, men det är inte vetenskapsmännen som fattar besluten.USA har tyvärr varit skeptisk när det gäller globala protokoll mot växthuseffekten och krävt mer forskning, men vetenskapen kommer aldrig att kunna eliminera all osäkerhet. Men vi har tillräckligt med information och analytisk klarhet för att kunna fatta beslut på ett rationellt sätt. Om du har 70-80 procents säkerhet om att något ska hända dig, så väntar du inte på att de andra 20-30 procenten ska elimineras, nej du går till handling, säger han och bankar med näven i bordet.

Skulle du förespråka aktion om du var rådgivare åt presidenten eller åt FN?
Definitivt! Det går inte att säga att vi ska vänta 50 år till och se vad som händer. Vi måste börja agera idag!

Vad har förändrats i synen på växthuseffekten under de senaste 15 åren?
-Folk var inte lika säkra på sin sak då. (Nasaforskaren James E.) Hansen hade ett starkt argument, men mycket svagare än det vi har idag. Det finns idag ingen seriös debatt om saken. Något måste göras!

Hans Sandberg