Просадка грунта: проблема не только прибрежных районов
Обычно просадку грунта считают проблемой прибрежных районов: двойная угроза — опускание земли и подъём уровня моря — усиливает наводнения, особенно в таких местах, как Нью-Йорк и Луизиана. Но и внутри континентов крупные города сталкиваются с проблемами инфраструктуры и ущербом от наводнений из-за проседания грунта под ними.
«Просадка грунта не останавливается на границах прибрежных районов», — говорит Леонард Охенхен, постдокторант Колумбийского университета и первый автор нового исследования.
От побережья к побережью и между ними
Исследование, опубликованное в журнале Nature Cities, показало, что все 28 крупнейших городов США проседают. Хотя частично это связано с долгосрочными геологическими процессами, во многом просадка вызвана деятельностью человека, включая откачку грунтовых вод и строительство новой инфраструктуры. Улучшение управления грунтовыми водами и ужесточение строительных норм могут снизить риски.
Скорости опускания или поднятия грунта, также известные как вертикальные движения грунта, можно измерить с помощью спутников с помощью радара с синтетической апертурой (SAR) — технологии, которая посылает радиолокационные импульсы на Землю и записывает, как эти импульсы отражаются обратно. Охенхен и исследовательская группа использовали измерения SAR с 2015 по 2021 год из миссии Sentinel-1 для создания карт деформации грунта в 28 крупнейших городах США.
Команда обнаружила, что в каждом городе как минимум 20% территории проседает, а в 25 из 28 городов — не менее 65%. Оценки исследования показывают, что около 33,8 миллиона человек живут на проседающей земле в этих 28 городах.
Некоторые из самых высоких темпов просадки (>4 миллиметров в год) наблюдались в нескольких городах Техаса: Хьюстоне, Форт-Уэрте и Далласе. Самым быстропроседающим городом страны стал Хьюстон, где более 40% территории опускается со скоростью более 5 миллиметров в год.
Чикаго, Детройт, Нью-Йорк и Денвер вошли в число городов, где наибольшая площадь земель пострадала от просадки.
Некоторые темпы, описанные в исследовании, были «тревожными», сказал Патрик Барнард, геолог из Калифорнийского университета в Санта-Круз, Центр прибрежной климатической устойчивости, который не участвовал в новом исследовании. Типичная фоновая просадка составляет менее пары миллиметров в год. Темпы выше 2 миллиметров в год могут нанести ущерб инфраструктуре и зданиям.
Вертикальные движения грунта особенно проблематичны там, где земля проседает неравномерно или где проседающий регион находится рядом с районом, который поднимается.
Анализируя плотность застройки и деформацию грунта, исследователи обнаружили, что Сан-Антонио сталкивается с наибольшим риском: каждое 45-е здание находится под угрозой серьёзного ущерба.
Как предотвратить деформацию грунта
Частично деформация грунта может быть вызвана исчезнувшим ледяным щитом. Десятки тысяч лет назад ледяной щит Лаурентиды покрывал большую часть Северной Америки, сжимая землю под собой. Теперь, когда ледяной щит растаял, Северная Америка перестраивается. Земля, которая когда-то находилась под ледяным щитом, медленно поднимается, а земля, не покрытая ледяным щитом, опускается. Охенхен сравнил этот процесс с снятием давления с матраса: как только давление снимается, некоторые части матраса поднимаются, а другие опускаются до первоначальной высоты.
Однако большая часть просадки, описанной в исследовании, вероятно, связана с откачкой грунтовых вод, которая снижает давление в поровом пространстве породы и осадка. Поровое пространство медленно схлопывается, и земля опускается.
«Мы не можем просто откачивать воду из земли, не учитывая потенциальные долгосрочные последствия», — говорят авторы исследования.
Это может усугубить наводнения и ущерб инфраструктуре. Откачка грунтовых вод и добыча нефти и газа вблизи Хьюстона вызвала просадку грунта, которая коррелировала с тяжестью наводнений после урагана Харви в 2017 году.
Поскольку изменение климата продолжает усиливать засуху в некоторых частях Соединённых Штатов, просадка грунта из-за откачки грунтовых вод может стать ещё более серьёзной угрозой для инфраструктуры. «Растёт число городов, которые могут столкнуться со значительными проблемами в управлении просадкой», — пишут авторы исследования.