最近一項(xiàng)針對(duì)美國28個(gè)人口最多的城市的研究發(fā)現(xiàn)，每個(gè)城市都在不同程度地下沉。這不僅包括海平面上升已令人擔(dān)憂的沿海城市，也包括許多內(nèi)陸城市。該研究利用高分辨率數(shù)據(jù)揭示了這些城市內(nèi)部的地面下沉情況并不均勻。

在一些地區(qū)，地面下沉的速度各不相同，而在另一些地區(qū)，一些地方甚至在上升。這些不均勻的海拔變化可能會(huì)給建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施帶來壓力。

研究作者指出，造成這種土地移動(dòng)的最常見原因是持續(xù)開采地下水。然而，在某些地區(qū)，其他因素也起到了推波助瀾的作用。

該研究最近發(fā)表在《自然城市》雜志上。

“隨著城市持續(xù)發(fā)展，我們將看到更多城市向沉降區(qū)擴(kuò)張，”該研究的主要作者、哥倫比亞大學(xué)氣候?qū)W院拉蒙特-多爾蒂地球觀測(cè)站的博士后研究員倫納德·奧亨亨（Leonard Ohenhen）說道。“隨著時(shí)間的推移，這種沉降會(huì)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生壓力，使其超出安全極限。”

在全球范圍內(nèi)，雅加達(dá)、威尼斯和新奧爾良等快速下沉的城市引起了廣泛關(guān)注。在美國，許多研究也表明東海岸和其他地區(qū)也出現(xiàn)了地面沉降。然而，這些研究大多基于覆蓋廣泛區(qū)域的相對(duì)零散的數(shù)據(jù)。

這項(xiàng)新研究聚焦于人口超過60萬的美國城市，利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)測(cè)量精確到毫米的垂直地面運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)格寬度僅為28米（約90英尺）。研究人員發(fā)現(xiàn)，在28個(gè)城市中，有25個(gè)城市至少有三分之二的地面正在下沉。總計(jì)約有3400萬人生活在這些受影響的地區(qū)。

一項(xiàng)利用最新衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行的新研究發(fā)現(xiàn)，美國所有人口超過60萬的城市都出現(xiàn)了不同程度的下沉。圖片來源：改編自O(shè)henhen等人的《自然城市，2025》

休斯頓正在經(jīng)歷最快速的地面沉降，該市超過40%的地區(qū)每年下沉超過5毫米（約五分之一英寸）。約12%的地區(qū)正在以兩倍于此的速度下沉。在一些地方，地面每年下沉速度高達(dá)5厘米（2英寸）。沃斯堡和達(dá)拉斯也正在經(jīng)歷顯著的地面下沉。其他快速下沉的地區(qū)包括紐約拉瓜迪亞機(jī)場(chǎng)附近的部分地區(qū)，以及拉斯維加斯、華盛頓特區(qū)和舊金山的部分地區(qū)。

除了測(cè)量地表高程變化外，研究人員還分析了受影響地區(qū)的縣級(jí)地下水開采情況。通過將其與陸地移動(dòng)聯(lián)系起來，他們確定，人類開采地下水是造成80%總體地面沉降的原因。

通常，這種情況發(fā)生在從由細(xì)粒沉積物構(gòu)成的含水層抽水時(shí)；除非補(bǔ)充含水層，否則先前被水占據(jù)的孔隙空間最終會(huì)坍塌，導(dǎo)致地下水壓實(shí)，地表下沉。該論文指出，在德克薩斯州，石油和天然氣的開采加劇了這一問題。

研究人員表示，持續(xù)的人口增長(zhǎng)和用水量，加上一些地區(qū)氣候引發(fā)的干旱，可能會(huì)加劇未來地面沉降的情況。

在某些地區(qū)，自然力量正在發(fā)揮作用。尤其是大約兩萬年前占據(jù)北美內(nèi)陸大部分地區(qū)的高聳冰蓋的重量，使得其邊緣的陸地向上隆起，就像把氣球一端的空氣擠到另一端一樣。

即使在冰層早已消融的今天，一些隆起仍在以每年1至3毫米的速度消退。受影響的城市包括紐約、印第安納波利斯、納什維爾、費(fèi)城、丹佛、芝加哥和波特蘭。

德克薩斯州休斯頓是美國下沉速度最快的城市，部分地區(qū)每年下沉10毫米。圖片來源：改編自O(shè)henhen等人的《自然城市，2025》

即使是建筑物本身的重量也可能造成損害。一項(xiàng)2023年的研究發(fā)現(xiàn)，紐約超過100萬棟的建筑物對(duì)地面的壓力如此之大，以至于它們可能加劇了該市持續(xù)的地面下沉。另一項(xiàng)更近期的獨(dú)立研究發(fā)現(xiàn)，邁阿密地區(qū)的一些建筑物正在下沉，部分原因是附近新建建筑對(duì)地下層的破壞。

這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，八個(gè)城市（紐約、芝加哥、洛杉磯、菲尼克斯、休斯頓、費(fèi)城、圣安東尼奧和達(dá)拉斯）的人口占全球沉降陸地人口的60%以上。值得注意的是，自2000年以來，這八個(gè)城市已經(jīng)歷90多起重大洪災(zāi)，部分原因可能是地勢(shì)下降。

另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是：一些城市正在經(jīng)歷差異運(yùn)動(dòng)，鄰近地區(qū)以不同的速度下沉，甚至在其他地區(qū)上升的同時(shí)下沉；這種上升運(yùn)動(dòng)可能是由河流或其他水源附近含水層的快速補(bǔ)給造成的。（某些地區(qū)的隆起實(shí)際上已經(jīng)超過了三個(gè)城市的整體下沉：佛羅里達(dá)州杰克遜維爾、田納西州孟菲斯和加利福尼亞州圣何塞。）

紐約市大部分地區(qū)正在緩慢下沉，部分熱點(diǎn)地區(qū)尤其嚴(yán)重，尤其是拉瓜地亞機(jī)場(chǎng)周邊地區(qū)、牙買加灣和史坦頓島的部分地區(qū)。圖片來源：改編自 Ohenhen 等，《自然城市，2025》

差異運(yùn)動(dòng)是一個(gè)問題，因?yàn)檎缱髡咧赋龅哪菢樱绻麄€(gè)城市區(qū)域以相同的速率均勻地向上或向下運(yùn)動(dòng)，就能最大限度地降低建筑物地基和其他基礎(chǔ)設(shè)施承受壓力的風(fēng)險(xiǎn)。但如果建筑物受到一系列不均勻的垂直運(yùn)動(dòng)，它們可能會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)的傾斜。

作者寫道：“與洪水相關(guān)的地面沉降災(zāi)害不同，只有當(dāng)高沉降率使地面海拔低于臨界閾值時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)才會(huì)顯現(xiàn)，而地面沉降引起的基礎(chǔ)設(shè)施損壞甚至可能發(fā)生在地面運(yùn)動(dòng)發(fā)生微小變化時(shí)。”

研究發(fā)現(xiàn)，這28個(gè)城市中，只有約1%的總土地面積位于差異運(yùn)動(dòng)可能影響建筑物、道路、鐵路線和其他結(jié)構(gòu)的區(qū)域。然而，這些區(qū)域往往位于人口最密集的城市核心區(qū)，目前約有2.9萬棟建筑。其中，最危險(xiǎn)的城市是圣安東尼奧，研究人員表示，那里每45棟建筑中就有1棟面臨高風(fēng)險(xiǎn)；其次是奧斯汀（每71棟建筑中就有1棟）；沃斯堡（每143棟建筑中就有1棟）和孟菲斯（每167棟建筑中就有1棟）。

奧亨亨表示，這些地區(qū)個(gè)別建筑物的倒塌后果尚不明確；可能需要更細(xì)致的研究。此前一項(xiàng)針對(duì)1989年至2000年間美國225起建筑倒塌事件的研究發(fā)現(xiàn)，只有2%的倒塌事件直接歸因于地面沉降。然而，新研究指出，30%的倒塌事件背后的原因尚不清楚，這表明地面沉降可能發(fā)揮了更大的作用。

論文總結(jié)道，城市應(yīng)該利用這些新信息來尋找解決方案。他們指出，在許多地方，可以通過抬高地基、加強(qiáng)排水系統(tǒng)以及人工濕地等綠色基礎(chǔ)設(shè)施來吸收洪水，從而減輕洪水災(zāi)害的影響。易受傾斜災(zāi)害影響的城市可以重點(diǎn)改造現(xiàn)有建筑，將地基運(yùn)動(dòng)納入建筑規(guī)范，并限制在風(fēng)險(xiǎn)最高的地區(qū)建造新建筑。

“與其只是說這是個(gè)問題，不如說我們可以應(yīng)對(duì)、解決、緩解、適應(yīng)，”奧亨亨說。“我們必須找到解決方案。”

編譯自/ScitechDaily