CentralAsia (CA) — Новое исследование 28 самых густонаселенных городов США показало, что все они в той или иной степени опускаются. В число городов входят не только те, что расположены на побережье, где относительный уровень моря вызывает опасения, но и многие внутренние районы.
Более того, используя новые подробные данные, авторы исследования обнаружили, что некоторые города опускаются с разной скоростью в разных местах, или опускаются в одних местах и поднимаются в других, что потенциально может привести к стрессам, которые могут повлиять на здания и другую инфраструктуру. По словам авторов, наиболее распространенной причиной таких движений земли является массовая текущая добыча подземных вод, хотя в некоторых местах действуют и другие силы.
«По мере роста городов мы будем наблюдать, как все больше городов расширяются в сторону проседающих регионов», — сказал ведущий автор исследования Леонард Охенен, постдокторский исследователь из Климатической школы Колумбийского университета в Обсерватории Земли Ламонт-Доэрти. «Со временем это оседание может привести к нагрузкам на инфраструктуру, которые превысят предел безопасности».
Быстрое оседание прибрежных мегаполисов, таких как Джакарта, Венеция и Новый Орлеан, уже привлекло к себе большое внимание, а многочисленные недавние исследования показали, что оседают многие места на Восточном побережье США и в других регионах. Однако большинство исследований опираются на относительно скудные данные, распространяющиеся на обширные территории, чтобы нарисовать общую картину.
Оседание городских земель в городах США. Средняя скорость вертикального движения суши (VLM) для 28 городов США, оцененных в данном исследовании. Каждый кружок выделен цветом в соответствии со средней скоростью VLM для каждого города:
Рассматривая все американские города с населением более 600 000 человек, авторы нового исследования используют последние спутниковые данные, чтобы составить карту вертикальных перемещений земли вплоть до миллиметра в сетках площадью всего 28 метров (около 90 футов). Авторы обнаружили, что в 25 из 28 городов две трети или более их площади опускаются. В целом в пострадавших районах проживает около 34 млн человек.
Самым быстро опускающимся городом является Хьюстон: более 40% его территории опускается более чем на 5 миллиметров (около 1/5 дюйма) в год, а 12 % — в два раза быстрее. Некоторые локальные участки опускаются на целых 5 сантиметров (2 дюйма) в год. Два других техасских города, Форт-Уэрт и Даллас, не сильно отстают. К локальным зонам быстрого опускания в других местах относятся районы вокруг нью-йоркского аэропорта ЛаГуардия, а также части Лас-Вегаса, Вашингтона и Сан-Франциско.
Помимо измерения изменений высоты поверхности, исследователи проанализировали отбор грунтовых вод на уровне округа для пострадавших районов. Соотнеся эти данные с перемещениями суши, они определили, что причиной 80 % общего опускания стало изъятие подземных вод для нужд человека. Обычно это происходит при заборе воды из водоносных горизонтов, состоящих из мелкозернистых отложений; если водоносный горизонт не пополняется, поровые пространства, ранее занятые водой, в конечном итоге могут разрушиться, что приведет к уплотнению грунта под землей и опусканию грунта на поверхность. В Техасе эта проблема усугубляется выкачиванием нефти и газа, говорится в статье.
Исследователи говорят, что продолжающийся рост населения и водопотребления в сочетании с климатическими засухами в некоторых районах, вероятно, усугубят оседание в будущем.
В некоторых районах действуют природные силы. В частности, вес огромного ледяного щита, занимавшего большую часть внутренней части Северной Америки примерно 20 000 лет назад, привел к тому, что земля по его краям вздымалась вверх, подобно тому, как воздух выдавливается из одной части воздушного шара в другую. Даже сегодня, когда лед давно ушел, некоторые из этих выпуклостей продолжают оседать со скоростью от 1 до 3 миллиметров в год. Среди пострадавших городов — Нью-Йорк, Индианаполис, Нэшвилл, Филадельфия, Денвер, Чикаго и Портленд.
Возможно, сказывается даже вес зданий. Исследование 2023 года показало, что более 1 миллиона зданий Нью-Йорка давят на Землю так сильно, что могут способствовать постоянному оседанию города. Более позднее отдельное исследование показало, что некоторые здания в районе Майами опускаются частично из-за нарушений в недрах, вызванных строительством новых зданий поблизости.
Новое исследование показало, что на восемь городов (Нью-Йорк, Чикаго, Лос-Анджелес, Феникс, Хьюстон, Филадельфия, Сан-Антонио и Даллас) приходится более 60 % людей, живущих на тонущей земле. Примечательно, что в этих восьми городах с 2000 года произошло более 90 значительных наводнений, что, вероятно, отчасти обусловлено снижением рельефа.
Еще одно важное открытие: в некоторых городах наблюдается дифференцированное движение: прилегающие районы опускаются с разной скоростью или даже опускаются, в то время как другие районы поднимаются; движение вверх, возможно, вызвано быстрым пополнением водоносных горизонтов вблизи рек или других источников воды. (Подъем в некоторых районах фактически более чем компенсирует общее опускание в трех городах: Джексонвилле, штат Флорида, Мемфисе, штат Теннесси, и Сан-Хосе, штат Калифорния).
Дифференциальное движение представляет собой проблему, поскольку, как отмечают авторы, если весь городской район движется вверх или вниз равномерно и с одинаковой скоростью, это сводит к минимуму опасность нагрузок на фундаменты зданий и другие объекты инфраструктуры. Но если сооружения подвергаются массиву неравномерных вертикальных перемещений, они могут испытывать опасное наклонение.
«В отличие от опасности оседания, связанной с наводнениями, где риски проявляются только тогда, когда высокие темпы оседания снижают высоту земли ниже критического порога, ущерб инфраструктуре, вызванный оседанием, может возникнуть даже при незначительных изменениях в движении земли», — пишут авторы.
Исследование показало, что только около 1 % общей площади 28 городов находится в зонах, где дифференциальное движение может повлиять на здания, дороги, железнодорожные линии и другие сооружения. Однако эти зоны, как правило, находятся в самых плотных городских центрах, где в настоящее время насчитывается около 29 000 зданий. Наиболее опасными городами в этом отношении являются Сан-Антонио, где, по данным исследователей, 1 из 45 зданий подвергается высокому риску; Остин (1 из 71); Форт-Уэрт (1 из 143) и Мемфис (1 из 167).
По словам Охенхена, результат для отдельных зданий в этих районах неясен; вероятно, потребуется еще более тонкое исследование. Более раннее исследование 225 обрушений зданий в США в период с 1989 по 2000 год показало, что только 2 % были напрямую связаны с проседанием грунта. Однако факторы, вызвавшие 30 %, остались неизвестными, что позволяет предположить, что проседание могло сыграть более значительную роль, говорится в новом исследовании.
В документе делается вывод о том, что города должны использовать эту новую информацию для поиска решений. По их мнению, во многих местах наводнения можно смягчить с помощью поднятия земли, усовершенствованных дренажных систем и зеленой инфраструктуры, например, искусственных водно-болотных угодий для поглощения паводковых вод. Города, подверженные опасности опрокидывания, могут сосредоточиться на модернизации существующих сооружений, включении движений земли в строительные нормы и правила и ограничении нового строительства в зонах наибольшей опасности.