2007 – 2020 гг.
Критическая инфраструктура находится под угрозой, поскольку опускание суши усиливает глобальное повышение уровня моря.
Во многих частях восточного побережья США повышение уровня моря, вызванное тающий лед и тепловое расширение потепление воды – это лишь часть того, что угрожает прибрежным районам. Земля тоже тонет. Этот геологический двухэтапный этап происходит достаточно быстро, чтобы поставить под угрозу инфраструктуру, сельскохозяйственные угодья и водно-болотные угодья, от которых зависят десятки миллионов людей вдоль побережья, согласно данным НАСА-финансируемая группа ученых из Технологического института Вирджинии Лаборатория наблюдения Земли и инноваций (EOI).
Инфраструктура под угрозой
Исследователи проанализировали спутниковые и наземные данные. GPS датчики для картирования вертикального и горизонтального движения прибрежной территории от Новой Англии до Флориды. В исследовании, опубликованном в ПНАС НексусКоманда сообщила, что более половины инфраструктуры в крупных городах, таких как Нью-Йорк, Балтимор и Норфолк, построено на земле, которая опустилась или просела на 1–2 миллиметра в год в период с 2007 по 2020 год. Земля в нескольких округах штата Делавэр , Мэриленд, Южная Каролина и Джорджия опустились вдвое или втрое быстрее. Исследователи обнаружили, что по меньшей мере 867 000 объектов недвижимости и критически важной инфраструктуры, включая несколько автомагистралей, железных дорог, аэропортов, плотин и дамб, пришли в упадок.
Результаты следуют за предыдущим исследованием лаборатории EOI, опубликованным в Природные коммуникации, в котором использовались те же данные, чтобы показать, что большинство болот и водно-болотных угодий Восточного побережья, имеющих решающее значение для защиты многих городов от штормовых нагонов во время ураганов, опускались со скоростью, превышающей 3 миллиметра в год. Они обнаружили, что по меньшей мере 8 процентов прибрежных лесов были вытеснены из-за оседания и проникновения соленой воды, что привело к распространению «Леса-призраки».
Основные причины
«Оседание — это пагубная, сильно локализованная и часто упускаемая из виду проблема по сравнению с глобальным повышением уровня моря, но это основной фактор, объясняющий, почему уровень воды повышается во многих частях восточной части США», — сказал Леонард Оэнхен, геофизик из Вирджинии. Тех. Последствия для людей, живущих вдоль побережья, включают усиление приливных наводнений «чистого неба», большее количество поврежденных домов и инфраструктуры, а также больше проблем с проникновением соленой воды в сельскохозяйственные угодья и запасы пресной воды.
«Хорошая новость заключается в том, что проседание — это проблема, которую мы можем в некоторой степени замедлить на местном уровне», — сказал Манучехр Ширзаи, соавтор обоих исследований и директор лаборатории EOI. Некоторые важные антропогенные факторы, которые способствуют оседанию, включают добычу подземных вод, строительство плотин и другой инфраструктуры, которая блокирует естественный поток наносов, которые пополняют дельты рек, а также высыхание и уплотнение торфяных почв.
Технологические достижения в картографии
Карта выше подчеркивает изменчивость подъемов и опусканий суши. вертикальное движение земли— на большей части Восточного побережья. Области, показанные синим цветом, снизились в период с 2007 по 2020 год, при этом более темно-синие области опускались быстрее всего. Области, показанные темно-красным, росли быстрее всего. Спутниковые данные на карте имеют среднее пространственное разрешение 50 метров на пиксель, что лучше, чем предыдущие карты, основанные только на наземных датчиках.
Карта была создана путем сравнения тысяч сцен данных радиолокатора с синтезированной апертурой (SAR), собранных в период с 2007 по 2020 год японским усовершенствованным спутником наблюдения за сушей (ALOS) и европейскими спутниками Sentinel-1. Оэнхен и его коллеги искали тонкие изменения в данных, собранных в разные периоды времени, чтобы рассчитать скорость движения суши, используя метод обработки, известный как интерферометрический радар с синтезированной апертурой (InSAR). Чтобы проверить и улучшить точность Из спутниковых наблюдений они также использовали данные о горизонтальной и вертикальной скорости с наземных приемных станций Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС).
Геологические и антропогенные воздействия
Частично причина того, что Средняя Атлантика тонет быстрее, чем северо-восток США, заключается в том, что край массивного Лаврентийский ледниковый покров, который покрывал большую часть северной части Северной Америки в разгар последнего ледникового периода, проходил через северную Пенсильванию и Нью-Джерси. Свободные ото льда земли к югу от этой линии, особенно в Средней Атлантике, выпирал вверх в то время как покрытые льдом земли на севере были сдвинуты вниз под тяжестью льда, объяснил Ширзаи. Когда ледниковый щит начал отступать 12 000 лет назад, Среднеатлантический регион начал постепенно опускаться вниз – и продолжает это делать сегодня – в то время как северо-восток США и Канада начали подниматься в рамках процесса восстановления баланса, называемого ледниковая изостатическая корректировка.
Хотя край Лаврентидского ледникового щита никогда не приближался к северной Флориде, в этом регионе наблюдаются относительно высокие показатели поднять вследствие другого геологического процесса — постепенного растворение и осветление карста ландшафтов из-за проникновения грунтовых вод.
Эти естественные изостатические изменения происходят относительно глубоко под землей, происходят в течение длительных периодов времени, затрагивают обширные территории и ответственны за около половины вертикального движения суши, которое наблюдают спутники вдоль восточного побережья, сказал Ширзаи. Однако кратковременные антропогенные процессы, происходящие ближе к поверхности, также могут иметь сильное влияние в определенных областях.
Быстрое опускание в некоторых частях восточного побережья в Мэриленде и некоторых частях Вирджинии вблизи областей поднятия, вероятно, частично является результатом забора грунтовых вод и преднамеренной закачки воды обратно в водоносные горизонты, чтобы минимизировать последствия вторжения соленой воды, объяснил Охенхен. Аналогичным образом, на высокие темпы оседания в прибрежных районах Джорджии, Южной Каролины и Северной Каролины, вероятно, влияет наличие плотин, которые блокируют отложения, которые в противном случае стекали бы по нескольким ключевым рекам и пополняли прибрежные земли, а также осушение и уплотнение торфяных почв.
2007 – 2020 гг.
Чарльстон, Южная Каролина, входит в число городов, пытающихся отреагировать на опускание и повышение уровня моря. Этот город с населением 800 000 человек является одним из самых быстротонущих городов (около 4 миллиметров в год) на востоке США, причём отчасти это считается результатом человеческой деятельности, включая откачку грунтовых вод. Поскольку большая часть центра города построена на высоте менее 3 метров (10 футов) над уровнем моря, частота приливных наводнений за последние десятилетия резко возросла, и город рассматривает возможность строительства 8-мильная дамба вокруг полуострова Чарльстон, чтобы защитить центр города от штормовых нагонов.
Команда Технологического института Вирджинии также заметила, что в некоторых частях Чарльстона наблюдались различия в скорости оседания на относительно небольшой территории — явление, известное как дифференциальное оседание. «Это проблема, поскольку это создает дополнительную нагрузку на инфраструктуру», — сказал Оэнхен. Другие районы с высокими темпами дифференциального опускания находились на восточном побережье Мэриленда и Бостона.
Заглядывая вперед
Эта попытка составить карту Атлантического побережья последовала за аналогичной попыткой той же лаборатории составить карту вертикального движения суши вдоль побережья Калифорнии. «Оседание на Атлантическом побережье на самом деле хуже, чем на Тихоокеанском побережье», — сказал Ширзаи. «Он более распространен, более быстр и более эффективен, потому что сообщества и инфраструктура расположены ближе к уровню моря, чем на Западном побережье».
Следующий проект лаборатории — составить карту побережья Мексиканского залива. «Наша долгосрочная цель — нанести на карту все береговые линии мира с помощью этой техники», — добавил Ширзаи. «Мы знаем, что специалисты по планированию в нескольких городах США уже используют наши данные, чтобы сделать наши береговые линии более устойчивыми, и мы хотим, чтобы города по всему миру могли делать то же самое».
Использованная литература:
«Медленно, но верно: подверженность населенных пунктов и инфраструктуры оседанию на восточном побережье США», Леонард Охенхен, Манучехр Ширзаи и Патрик Л. Барнард, 2 января 2024 г., ПНАС Нексус.
DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad426.
«Скрытая уязвимость атлантического побережья США к повышению уровня моря из-за вертикального движения суши», Леонард О. Оэнхен, Манучехр Ширзаи, Чандраканта Оджа и Мэтью Л. Кирван, 11 апреля 2023 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-023-37853-7
Снимки Обсерватории Земли НАСА, сделанные Лорен Дофин с использованием данных Оэнхен, Леонард О. и др. (2023).