河流攜帶多少沉積物以及沉積在哪裡，對河流的運行方式有重大影響。沙子、淤泥和粘土構成了河流沉積物的大部分，它們通過為下游和河口的生物提供棲息地而發揮着重要的生態功能。它對人類生活也至關重要，因為它為洪泛區的農業土壤補充養分，並通過向三角洲和海岸線輸送沙子來緩衝與氣候變化有關的海平面上升的影響。
然而，這些功能正受到威脅，因為根據最近發表在《科學》上的一項達特茅斯研究，在過去的40年裡，人們對河流的沉積物運輸造成了前所未有的後果性變化。
達特茅斯大學的科學家們利用美國國家航空航天局/美國地質調查局聯合Landsat計劃的衛星圖像和水文數據的數字檔案，研究了1984年至2020年世界上最大的414條河流將多少泥沙帶到海洋的變化。
“我們的結果講述了一個兩個半球的故事。在過去的40年裡，北方的河流沉積物運輸量大幅減少，而南方的河流沉積物運輸量在同一時期大幅增加，”主要作者、達特茅斯大學的博士后Evan Dethier說。”人類已經能夠改變世界上最大的河流，其速度在最近的地質記錄中是前所未有的”。Dethier說。”河流攜帶的沉積物的數量通常是由流域的自然過程決定的，比如有多少雨水，或者是否有山體滑坡或植被。我們發現，人類的直接活動正在壓倒這些自然過程，甚至超過了氣候變化的影響。”
馬羅尼河沿着蘇里南和圭亞那的邊界流過熱帶雨林。它的流域在20世紀90年代之前相對沒有改變。在過去的25年裡，主要由採礦作業造成的大規模森林砍伐，加劇了流域的侵蝕。以前的黑褐色或黑水河現在一年四季都攜帶額外的沉積物，即使在旱季也是如此。這些1993年（左）和2021年（右）的圖片顯示了採礦作業對土地利用的一些轉變，以及由此產生的流入河流的泥漿水。圖片來源：NASA Landsat/美國地質調查局、圖由Evan Dethier編撰。
研究結果顯示，20世紀在全球水文北部–北美、歐洲/歐亞大陸和亞洲–的大規模建壩，使全球河流向海洋輸送的懸浮泥沙比建壩前減少49%。儘管全球南部–南美洲、非洲和大洋洲的水文輸送量大幅增加，但還是出現了這種全球性的減少。在那裡，由於土地使用的重大變化，該地區36%的河流的泥沙輸送量有所增加。
南方沉積物遷移的變化主要是由密集的土地利用變化驅動的，其中大部分與森林砍伐有關。突出的例子包括馬來西亞的伐木；南美和撒哈拉以南非洲的砂金開採；孟加拉國和印度的采砂；以及大洋洲大部分地區的棕櫚油種植園。(在之前的研究中，Dethier發現秘魯的手工金礦開採與懸浮泥沙水平的增加有關）。
在北方，在過去的幾個世紀里，大壩建設一直是河流變化的主要因素。
共同作者Francis Magilligan說：”這項研究的動機之一是建造大型水壩的全球擴張，”他是達特茅斯大學的地理學教授和Frank J. Reagan ’09政策研究主席，研究水壩和水壩拆除。”僅在美國，就有超過90000座大壩被列入國家大壩目錄，思考這個問題的一種方式是，我們作為一個國家，自《獨立宣言》簽署以來，平均每天建造一座大壩。”
河流負責創造洪泛區、沙洲、河口和三角洲，因為它們運送的是沉積物。然而，一旦安裝了大壩，這種沉積物的供應，包括其營養物質，往往就被切斷了。
然而，在美國和北半球的其他國家，許多大壩已經有半個多世紀的歷史，而在21世紀，正在建造的大壩越來越少。因此，最近沉積物運輸的下降是相對最小的。在過去的30年裡，歐亞大陸和亞洲的大壩建設推動了全球泥沙運輸的持續減少。
“對於三角洲地區的低洼國家（生活在海平面、接近海平面或低於海平面的國家）來說，來自河流的沉積物供應在過去能夠幫助抵消氣候變化帶來的海平面上升的影響，”Magilligan說，”但現在你已經有了來自大壩建設和海平面上升的沉積物減少的雙重驅動力。這對於像越南這樣人口密集的地方來說尤其令人擔憂，那裡的沉積物供應已經因湄公河沿岸的大壩活動而大大減少。”
北方的結果是驚人的，並可能預示着南方未來的變化，因為研究報告說，在南美洲和大洋洲的大河上有300多座大壩計劃。亞馬遜河攜帶的泥沙比世界上任何其他河流都多，是這些水壩的主要目標。
共同作者、達特茅斯大學埃文斯家族地球科學傑出教授Karl Renshaw說：”河流是我們對地球表面所做工作的相當敏感的指標–它們有點像土地使用變化的溫度計。然而，對於北半球的河流來說，大壩現在正阻擋着泥沙進入海洋的信號。”Renshaw說，”美國存在土壤流失危機是公認的，但我們只是在沉積物出口記錄中沒有看到，因為它都被卡在這些大壩後面，而我們可以看到全球南部河流的信號。”
Dethier說：”在全世界的許多情況下，我們已經圍繞着河流和河流的運行方式建立了我們的環境，用於農業、工業、娛樂和旅遊以及運輸，但是當人類活動突然破壞了河流的運行方式時，可能會變得難以實時適應這種影響。”
大壩如何保留沉積物以及土地使用如何增加下游的侵蝕，科學家們希望這些原則能夠被用來幫助指導未來河岸和沿海地區的規劃決策以及土地使用和環境管理政策。