09.01.2024

Критически важная инфраструктура уходит под воду на Восточном побережье США

Мэтт Саймон

Вдоль всего Атлантического побережья США земля неуклонно опускается, или проседает. Это приводит к дестабилизации дамб, дорог и аэропортов, в то время как уровень моря повышается.

Если вы не погружаетесь в зыбучие пески, то можете считать, что земля под вашими ногами твердая и неподвижная. На самом деле в вашей части света вполне может происходить "проседание", когда земля проваливается при оседании осадочных пород или при чрезмерном извлечении грунтовых вод. Нью-Йорк, к примеру, проседает из-за веса всех зданий, давящих на землю. В крайних случаях, как, например, в калифорнийской долине Сан-Хоакин, где ведется интенсивное сельское хозяйство, высоты опускаются не на дюймы, а на десятки футов.

Фото: Эд Джоунс / Getty Images 

В прошлом году ученые сообщили, что Атлантическое побережье США ежегодно опускается на несколько миллиметров, а в некоторых районах, например в Делавэре, этот показатель в несколько раз выше. Таким образом, с тем как моря поднимаются, суша вдоль восточного побережья опускается, что значительно усугубляет опасность для прибрежных населенных пунктов.

В новом исследовании, только что опубликованном в журнале PNAS Nexus, ученые подсчитывают растущие издержки, связанные с оседанием, выходом грунтовых вод и другими факторами, для этих городов и их инфраструктуры. Используя спутниковые измерения, они обнаружили, что до 74 000 квадратных километров (29 000 квадратных миль) Атлантического побережья подвержены оседанию до 2 миллиметров (0,08 дюйма) в год, что затрагивает до 14 миллионов человек и 6 миллионов объектов недвижимости. А более 3 700 квадратных километров вдоль Атлантического побережья опускаются более чем на 5 миллиметров в год. Это даже быстрее, чем повышение уровня моря, которое в настоящее время составляет 4 миллиметра в год. (На карте ниже более теплые цвета означают большее оседание - до 6 миллиметров).

Фото: Леонард Охенен

С каждым миллиметром оседания штормовым приливам - по сути, стене морской воды, которую ураганы особенно хорошо умеют выталкивать на берег, - становится все легче проникать дальше вглубь материка, разрушая все новые и новые объекты инфраструктуры. "И дело не только в уровне моря", - говорит ведущий автор исследования Леонард Охенен, эксперт по экологической безопасности из Virginia Tech. "Потенциально может нарушиться и рельеф местности, например, появятся районы, которые могут быть затоплены во время дождей".

Несколько миллиметров ежегодного оседания могут показаться незначительными, но эти силы неумолимы: Если прибрежные районы не прекратят извлечение подземных вод, земля будет опускаться все глубже и глубже. Социальные факторы тоже неумолимы: все больше людей по всему миру переезжают в прибрежные города, создавая еще больший спрос на грунтовые воды. "Есть процессы, которые иногда даже цикличны. Например, летом вы откачиваете гораздо больше воды, поэтому земля быстро проседает за короткий промежуток времени", - говорит Манучехр Ширзай, эксперт по экологической безопасности из Вирджинского технологического института и соавтор статьи. "Это приводит к тому, что большие территории опускаются ниже порогового уровня, что приводит к затоплению большой территории". По словам Ширзая, когда речь идет о наводнениях, понижение уровня рельефа является переломным моментом, который до сих пор практически не учитывался в исследованиях.

Например, в Джакарте (Индонезия) земля опускается почти на фут в год из-за разрушения водоносных горизонтов. Соответственно, в ближайшие три десятилетия 95 процентов северной Джакарты может оказаться под водой. Город планирует построить гигантскую морскую стену, чтобы сдержать океан, но она будет бесполезна, если не остановить оседание.

Исследователи выбрали 10 дамб на Атлантическом побережье и обнаружили, что все они подвержены оседанию не менее чем на 1 миллиметр в год. Это ставит под угрозу жизнь 46 000 человек, 27 000 зданий и имущества на 12 миллиардов долларов. Но они отмечают, что реальное количество населения и имущества, подвергающегося риску воздействия за 116 дамбами Восточного побережья, подверженными оседанию, может быть в два-три раза больше. "Дамбы тяжелые, и когда они установлены на земле, которая уже проседает, это может ускорить проседание", - говорит независимый ученый Натали Снайдер, которая изучает проблемы устойчивости прибрежных районов. "Это определенно может повлиять на целостность защитной системы и привести к катастрофическим последствиям".

Фото: Леонард Охенен

Такая же уязвимость затрагивает и другие объекты инфраструктуры, протянувшиеся по всему ландшафту. Новый анализ показывает, что вдоль Атлантического побережья от 77 до 99 процентов межштатных автомагистралей и от 76 до 99 процентов основных и второстепенных дорог подвержены проседанию. (На карте выше вы можете видеть, как дороги проседают с разной скоростью в Хэмптоне и Норфолке, штат Вирджиния). От 81 до 99 процентов железнодорожных путей и 42 процента железнодорожных станций подвержены оседанию на Восточном побережье.

Ниже показан нью-йоркский аэропорт имени Кеннеди - обратите внимание на красные очаги сильного оседания на фоне тила более умеренного изменения высоты. Средняя скорость оседания в аэропорту составляет 1,7 миллиметра в год (как в аэропортах ЛаГуардия и Ньюарк), но в разных районах аэропорта Кеннеди этот показатель варьируется от 0,8 до 2,8 миллиметра в год, в зависимости от конкретного места.

Фото: Леонард Охенен

Новое исследование предупреждает, что дамбы и другие важные объекты инфраструктуры на Атлантическом побережье находятся в похожей опасности. Если бы земля опускалась равномерно, то для компенсации этого пришлось бы просто постоянно повышать высоту дамбы. Но более серьезной проблемой является «дифференциальное проседание», при котором разные участки земли опускаются с разной скоростью. «Если у вас есть здание, взлетно-посадочная полоса или что-то еще, что оседает равномерно, это, вероятно, не такая уж большая проблема», - говорит Том Парсонс, геофизик из Геологической службы США, который изучает проседание. «Но если один конец опускается быстрее, чем другой, то все начинает искажаться».

Подобная дифференцированная просадка может также нарушить работу гораздо меньших сооружений, например зданий, где одна сторона может опускаться быстрее, чем другая. «Даже если это всего лишь несколько миллиметров в год, вы можете потенциально вызвать трещины в конструкциях», - говорит Охенен.

Исследование показало, что оседание сильно варьируется вдоль Атлантического побережья, как на региональном, так и на местном уровне, поскольку разные участки имеют разную геологию и топографию, а также разную скорость извлечения подземных вод. Особенно проблематично это выглядит для нескольких населенных пунктов, таких как Вирджиния-Бич, где под угрозой находятся 451 000 человек и 177 000 объектов недвижимости. В Балтиморе, штат Мэриленд, это 826 000 человек и 335 000 объектов недвижимости, а в Нью-Йорке - в Квинсе, Бронксе и Нассау - этот показатель достигает 5 миллионов человек и 1,8 миллиона объектов недвижимости.

Таким образом, решение проблемы проседания имеет две составляющие: Получение данных с высоким разрешением, как в этом исследовании, а затем сопоставление их с данными о грунтовых водах. «Проседание пространственно изменчиво», - говорит Снайдер. «Имея подробные сведения о том, где добыча подземных вод действительно оказывает влияние, и имея возможность продемонстрировать, что нам необходимо изменить управление этими водами, мы сможем уменьшить проседание в будущем».

Время действовать пришло, подчеркивает Ширзай. Борьба с оседанием - это как лечение болезни: вы тратите меньше денег, диагностируя и находя решение проблеме сейчас, и экономите деньги позже, избегая катастрофы. «Подобные данные и исследования могут стать важным компонентом системы здравоохранения для управления инфраструктурой», - говорит он. «Как в случае с раком - если вы диагностируете его на ранней стадии, он может быть излечим. Но если вы опоздали, вы вкладываете много денег, а результат неясен».

Источник: wired.com