Amerykańskie miasta się zapadają

"W miarę jak miasta będą się rozrastały, będziemy obserwować, jak coraz więcej z nich rozszerza się na zapadające się obszary" - mówi główny autor publikacji w periodyku "Nature Cities", Leonard Ohenhen z Lamont-Doherty Earth Observatory, Columbia Climate School. "Z czasem to osiadanie gruntu może wywołać naprężenia w infrastrukturze, które przekroczą jej granice bezpieczeństwa" - alarmuje.

Naukowcy przypominają, że szybko zapadające się nadbrzeżne metropolie, takie jak Dżakarta, Wenecja czy Nowy Orlean, przyciągnęły już dużą uwagę, a liczne badania wykazały, że wiele miejsc na wschodnim wybrzeżu USA, a także w innych regionach również ulega osiadaniu.

Jednak większość badań opierała się na stosunkowo rzadkich danych rozproszonych na dużych obszarach, które pozwalały tylko nakreślić ogólny obraz. Teraz, analizując wszystkie miasta w USA o populacji przekraczającej 600 tys. mieszkańców, eksperci wykorzystali najnowsze dane satelitarne do mapowania pionowych ruchów Ziemi z dokładnością aż do jednego milimetra, w siatce o wymiarach zaledwie 28 metrów kwadratowych. W ten sposób odkryli, że w 25 z 28 badanych miast, co najmniej dwie trzecie ich powierzchni ulega osiadaniu. Łącznie w zagrożonych obszarach mieszka około 34 miliony ludzi.

Najszybciej zapadającym się miastem okazało się być Houston - ponad 40 proc. jego powierzchni osiada w tempie przekraczającym 5 milimetrów na rok, a 12 proc. zapada się dwukrotnie szybciej. W niektórych lokalnych punktach osiadanie sięga nawet prędkość 5 centymetrów rocznie.

Dwa inne miasta w Teksasie - Fort Worth i Dallas - niewiele ustępują liderowi. Do innych miejsc z lokalnymi strefami szybkiego osiadania należą okolice nowojorskiego lotniska LaGuardia oraz niektóre obszary Las Vegas, Waszyngtonu, D.C. i San Francisco.

Badacze przeanalizowali również dane dotyczące poboru wód gruntowych w obszarach dotkniętych osiadaniem. Ustalili, że za 80 proc. osiadania odpowiada pobór wód na potrzeby ludzi.

Zjawisko to zazwyczaj występuje, gdy woda jest wypompowywana z warstw wodonośnych złożonych z drobnoziarnistych osadów. Jeśli warstwa taka nie zostanie uzupełniona, przestrzenie wcześniej wypełnione wodą mogą się ostatecznie zapaść, prowadząc do zagęszczenia osadów w głębi i osiadania powierzchni. W Teksasie problem ten pogłębia się dodatkowo przez wydobycie ropy i gazu.

Nie zanosi się na poprawę. Badacze twierdzą, że dalszy wzrost liczby ludności i zużycia wody, w połączeniu z suszami wywołanymi zmianami klimatycznymi prawdopodobnie doprowadzi w przyszłości do nasilenia się zjawiska osiadania.

Miejscami działają też dodatkowo siły naturalne. Na przykład ciężar ogromnego lądolodu, który do około 20 tys. lat temu pokrywał dużą powierzchnię środkowej części Ameryki Północnej, spowodował, że ziemia na jego obrzeżach uniosła się ku górze - podobnie jak w balonie, gdy przeciska się powietrze z jednej części do drugiej. Nawet dziś, mimo że lód dawno stopniał, niektóre z tych wypiętrzeń wciąż się zapadają w tempie od 1 do 3 milimetrów rocznie. Wśród dotkniętych tym procesem miast znajdują się Nowy Jork, Indianapolis, Nashville, Filadelfia, Denver, Chicago i Portland.

Ponadto, nawet sam ciężar budynków może mieć zauważalny wpływ. Jedno z badań z 2023 roku wykazało, że ponad milion budynków w Nowym Jorku wywiera tak duży nacisk na ziemię, że może przyczyniać się do osiadania miasta - zwracają uwagę naukowcy.

Inne, nowsze badanie wykazało, że niektóre budynki w rejonie Miami zapadają się częściowo z powodu zmian w podłożu wywołanych budową nowych obiektów w ich pobliżu.

Nowe badanie wykazało także, że osiem miast - Nowy Jork, Chicago, Los Angeles, Phoenix, Houston, Filadelfia, San Antonio i Dallas - skupia ponad 60 proc. ludności mieszkającej na zapadających się terenach. Co istotne, w tych ośmiu miastach od 2000 roku miało miejsce ponad 90 poważnych powodzi, prawdopodobnie częściowo spowodowanych obniżaniem się terenu.

Naukowcy ustalili też, że w niektórych miastach obserwuje się różnice w ruchach terenu - sąsiadujące ze sobą obszary zapadają się w różnym tempie, a niektóre z nich osiadają, podczas gdy inne się podnoszą. Ten ruch w górę może być spowodowany szybkim uzupełnianiem wód gruntowych w pobliżu rzek lub innych źródeł wody. Rzecz w tym, że jeśli cała miejska przestrzeń przemieszcza się w górę lub w dół równomiernie i w tym samym tempie, ryzyko naprężeń w fundamentach budynków i innej infrastrukturze jest minimalne. Natomiast gdy struktury są narażone na nierównomierne pionowe ruchy gruntu, mogą ulec niebezpiecznemu przechyleniu.

Jak wyjaśniają naukowcy, w przeciwieństwie do zagrożeń związanych z osiadaniem terenu spowodowanym powodziami, gdzie ryzyko pojawia się dopiero wówczas, gdy szybkie tempo osiadania obniża teren poniżej krytycznego poziomu, uszkodzenia infrastruktury wywołane osiadaniem mogą wystąpić nawet przy niewielkich ruchach gruntu.

Choć tylko około 1 proc. całkowitej powierzchni ziemi w 28 badanych miastach znajduje się w strefach, gdzie ruchy różnicowe mogą wpływać na budynki, drogi, linie kolejowe i inne elementy infrastruktury, to obszary te zazwyczaj leżą w najgęściej zabudowanych centrach miejskich i obecnie znajduje się w nich około 30 tys. budynków.

Najbardziej zagrożone miasta pod tym względem to San Antonio, Austin, Fort Worth oraz Memphis. Trudno przy tym ocenić dokładne ryzyko dla konkretnych konstrukcji. Wcześniejsze, przytaczane przez naukowców badanie 225 budynków, które zawaliły się w latach 1989-2000 pokazało, że tylko w 2 proc. przypadków bezpośrednią przyczyną było zapadanie się gruntu. Jednak przyczyny 30 proc. takich zdarzeń uznano za nieznane.

Badacze podsumowują, że miasta powinny wykorzystać nowe informacje do skupienia się na rozwiązaniach. Twierdzą, że w wielu miejscach powodzie można złagodzić poprzez podnoszenie terenu, ulepszanie systemów odwadniających oraz wprowadzenie zielonej infrastruktury, takiej jak sztuczne mokradła.

Miasta zagrożone przechyleniem budynków mogą też skoncentrować się na modernizacji istniejących struktur, uwzględnieniu ruchów ziemi w kodeksach budowlanych oraz ograniczeniu nowych inwestycji budowlanych w obszarach najbardziej zagrożonych.

"Zamiast po prostu mówić, że to problem, możemy zareagować, rozwiązać go, złagodzić skutki i dostosować się - mówi dr Ohenhen. - Musimy przejść do rozwiązań".

Marek Matacz