Втрата ґрунтових вод призводить до затоплення міст США, що загрожує інфраструктурі в густо забудованих районах. Нещодавнє дослідження, що вивчало 28 найнаселеніших міст Сполучених Штатів, показало, що кожне з них певною мірою опускається під воду. Це стосується не лише прибережних міст, де підвищення рівня моря вже викликає занепокоєння, але й багатьох міст, розташованих у глибині країни.
Використовуючи дані високої роздільної здатності, дослідження показує, що земля в цих містах просідає нерівномірно. У деяких районах ґрунт просідає з різною швидкістю, тоді як в інших деякі місця навіть піднімаються. Ці нерівномірні зміни висоти можуть створювати навантаження на будівлі та інфраструктуру. За словами авторів дослідження, найпоширенішою причиною такого руху суші є постійний видобуток ґрунтових вод. Однак у певних місцях цьому сприяють й інші фактори. Дослідження нещодавно було опубліковано в журналі Nature Cities.
«У міру зростання міст ми побачимо, як дедалі більше міст потраплятимуть у просідання», — сказав провідний автор дослідження Леонард Огенхен, постдокторант Земної обсерваторії Ламонт-Догерті Колумбійської кліматичної школи. «З часом це просідання може створити навантаження на інфраструктуру, яке перевищить межу безпеки».
У світовому масштабі такі міста, що швидко занурюються, як Джакарта, Венеція та Новий Орлеан, привернули широку увагу. У Сполучених Штатах багато досліджень також показали просідання вздовж східного узбережжя та в інших регіонах. Однак більшість цих досліджень базуються на відносно обмежених даних, що охоплюють широкі території.
Це нове дослідження було зосереджено на містах США з населенням понад 600 000 осіб, використовуючи супутникові дані для вимірювання вертикального руху землі з точністю до міліметра, в сітках шириною всього 28 метрів (близько 90 футів). Дослідники виявили, що у 25 з 28 міст щонайменше дві третини площі суші просідає. Загалом у цих уражених зонах проживає близько 34 мільйонів людей.
Х’юстон переживає найшвидше просідання: понад 40 відсотків міста просідає більш ніж на 5 міліметрів (приблизно одну п’яту дюйма) на рік. Близько 12 відсотків міста просідає вдвічі швидше. У деяких місцях земля просідає на цілих 5 сантиметрів (2 дюйми) щорічно. Форт-Ворт і Даллас також спостерігають значне просідання. Інші райони зі швидким просіданням включають частини Нью-Йорка поблизу аеропорту Ла-Гуардія, а також райони Лас-Вегаса, Вашингтона, округ Колумбія, та Сан-Франциско.
Відведення ґрунтових вод спричиняє більшість просідання ґрунту
Окрім вимірювання змін висоти поверхні, дослідники проаналізували відбір ґрунтових вод на рівні округів для постраждалих районів. Співвідносячи це з рухами землі, вони визначили, що видалення ґрунтових вод для використання людиною було причиною 80% загального просідання. Зазвичай це відбувається, коли вода витягується з водоносних горизонтів, що складаються з дрібнозернистих осадів; якщо водоносний горизонт не поповнювати, пористі простори, раніше зайняті водою, зрештою можуть руйнуватися, що призводить до ущільнення внизу та просідання на поверхні. У Техасі проблема посилюється перекачуванням нафти та газу, йдеться в статті. Дослідники стверджують, що подальше зростання населення та використання води в поєднанні з посухами, спричиненими кліматом у деяких районах, ймовірно, погіршать просідання ґрунту в майбутньому.
Деякі міста також занурюються внаслідок стихійних лих
У деяких районах діють природні сили. Зокрема, вага височіючого льодовикового щита, який займав значну частину внутрішньої частини Північної Америки приблизно до 20 000 років тому, змушував сушу вздовж її країв опукати вгору, подібно до того, як повітря стискається з однієї частини повітряної кульки в іншу. Навіть сьогодні, коли лід давно зник, деякі з цих опуклостей все ще осідають зі швидкістю від 1 до 3 міліметрів щороку. Серед постраждалих міст – Нью-Йорк, Індіанаполіс, Нашвілл, Філадельфія, Денвер, Чикаго та Портленд. Навіть сама вага будівель може мати свій вплив. Одне дослідження 2023 року показало, що понад 1 мільйон будівель Нью-Йорка так сильно тиснуть на Землю, що можуть сприяти постійному просіданню міста. Новіше окреме дослідження показало, що деякі будівлі в районі Маямі просідають частково через порушення підземних шарів, спричинені будівництвом нових будівель поблизу.
Вісім міст стикаються з найбільшим впливом людини
Нове дослідження показало, що у восьми містах (Нью-Йорк, Чикаго, Лос-Анджелес, Фінікс, Х’юстон, Філадельфія, Сан-Антоніо та Даллас) проживає понад 60% людей на землях, що просідають. Примітно, що з 2000 року ці вісім міст зазнали понад 90 значних повеней, ймовірно, частково спричинених зниженням рельєфу.
Ще один ключовий висновок: у деяких містах спостерігається різний рух, при цьому сусідні населені пункти опускаються з різною швидкістю або навіть опускаються, тоді як інші райони піднімаються; висхідний рух, можливо, спричинений швидким поповненням водоносних горизонтів поблизу річок або інших джерел води. (Підняття в деяких районах насправді більш ніж компенсує загальне опускання в трьох містах: Джексонвіллі, Флорида; Мемфісі, Теннессі, та Сан-Хосе, Каліфорнія). Різниця в русі є проблемою, оскільки, як зазначають автори, якщо вся міська зона рухається вгору або вниз рівномірно з однаковою швидкістю, це мінімізує небезпеку напружень для фундаментів будівель та іншої інфраструктури. Але якщо конструкції піддаються низці нерівномірних вертикальних рухів, вони можуть зазнати небезпечного нахилу.
«На відміну від небезпек просідання, пов’язаних із повенями, де ризики проявляються лише тоді, коли високі темпи просідання знижують висоту землі нижче критичного порогу, пошкодження інфраструктури, спричинені просіданням, можуть виникати навіть за незначних змін у русі землі», – пишуть автори.
Зони високого ризику невеликі, але щільно забудовані
Дослідження показало, що лише близько 1% загальної площі землі у 28 містах знаходиться в зонах, де диференціальний рух може впливати на будівлі, дороги, залізничні колії та інші споруди. Однак ці райони, як правило, знаходяться в найщільніших міських центрах і наразі містять близько 29 000 будівель. Найбільш небезпечними містами в цьому відношенні є Сан-Антоніо, де, за словами дослідників, кожна 45-та будівля має високий ризик; Остін (1 з 71); Форт-Ворт (1 з 143) та Мемфіс (1 зі 167).
Результати для окремих споруд у цих районах незрозумілі; ймовірно, це вимагатиме ще детальнішого дослідження, сказав Огенхен. Попереднє дослідження 225 обвалів будівель у США між 1989 і 2000 роками показало, що лише 2% були безпосередньо пов’язані з просіданням. Однак, фактори, що стали причиною 30%, були визначені як невідомі, що свідчить про те, що просідання могло відіграти більшу роль, йдеться в новому дослідженні.
Заклик до дії: планування та адаптація
У статті зроблено висновок, що містам слід використовувати цю нову інформацію, щоб зосередитися на рішеннях. Вони стверджують, що в багатьох місцях наслідки повеней можна пом’якшити за допомогою підняття земель, вдосконалених дренажних систем та створення зеленої інфраструктури, такої як штучні водно-болотні угіддя для поглинання паводкових вод. Міста, схильні до небезпеки нахилу, можуть зосередитися на модернізації існуючих споруд, інтеграції рухів землі в будівельні норми та обмеженні нового будівництва в районах найбільшої загрози.
«Замість того, щоб просто говорити, що це проблема, ми можемо реагувати, вирішувати проблеми, пом’якшувати їх, адаптуватися», – сказав Огенхен. «Ми повинні рухатися до рішень».
