最近一項針對美國28個人口最多的城市的研究發現，每個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憂的沿海城市，也包括許多內陸城市。該研究利用高分辨率數據揭示了這些城市內部的地面下沉情況並不均勻。
在一些地區，地面下沉的速度各不相同，而在另一些地區，一些地方甚至在上升。這些不均勻的海拔變化可能會給建築物和基礎設施帶來壓力。
研究作者指出，造成這種土地移動的最常見原因是持續開採地下水。然而，在某些地區，其他因素也起到了推波助瀾的作用。
該研究最近發表在《自然城市》雜誌上。
“隨着城市持續發展，我們將看到更多城市向沉降區擴張，”該研究的主要作者、哥倫比亞大學氣候學院拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的博士後研究員倫納德·奧亨亨（Leonard Ohenhen）說道。“隨着時間的推移，這種沉降會對基礎設施產生壓力，使其超出安全極限。”
在全球範圍內，雅加達、威尼斯和新奧爾良等快速下沉的城市引起了廣泛關注。在美國，許多研究也表明東海岸和其他地區也出現了地面沉降。然而，這些研究大多基於覆蓋廣泛區域的相對零散的數據。
這項新研究聚焦於人口超過60萬的美國城市，利用衛星數據測量精確到毫米的垂直地面運動，網格寬度僅為28米（約90英尺）。研究人員發現，在28個城市中，有25個城市至少有三分之二的地面正在下沉。總計約有3400萬人生活在這些受影響的地區。
一項利用最新衛星數據進行的新研究發現，美國所有人口超過60萬的城市都出現了不同程度的下沉。圖片來源：改編自Ohenhen等人的《自然城市，2025》
休斯頓正在經歷最快速的地面沉降，該市超過40%的地區每年下沉超過5毫米（約五分之一英寸）。約12%的地區正在以兩倍於此的速度下沉。在一些地方，地面每年下沉速度高達5厘米（2英寸）。沃斯堡和達拉斯也正在經歷顯著的地面下沉。其他快速下沉的地區包括紐約拉瓜迪亞機場附近的部分地區，以及拉斯維加斯、華盛頓特區和舊金山的部分地區。
除了測量地表高程變化外，研究人員還分析了受影響地區的縣級地下水開採情況。通過將其與陸地移動聯繫起來，他們確定，人類開採地下水是造成80%總體地面沉降的原因。
通常，這種情況發生在從由細粒沉積物構成的含水層抽水時；除非補充含水層，否則先前被水佔據的孔隙空間最終會坍塌，導致地下水壓實，地表下沉。該論文指出，在德克薩斯州，石油和天然氣的開採加劇了這一問題。
研究人員表示，持續的人口增長和用水量，加上一些地區氣候引發的乾旱，可能會加劇未來地面沉降的情況。
在某些地區，自然力量正在發揮作用。尤其是大約兩萬年前佔據北美內陸大部分地區的高聳冰蓋的重量，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，部分地區每年下沉10毫米。圖片來源：改編自Ohenhen等人的《自然城市，2025》
即使是建築物本身的重量也可能造成損害。一項2023年的研究發現，紐約超過100萬棟的建築物對地面的壓力如此之大，以至於它們可能加劇了該市持續的地面下沉。另一項更近期的獨立研究發現，邁阿密地區的一些建築物正在下沉，部分原因是附近新建建築對地下層的破壞。
這項新研究發現，八個城市（紐約、芝加哥、洛杉磯、菲尼克斯、休斯頓、費城、聖安東尼奧和達拉斯）的人口佔全球沉降陸地人口的60%以上。值得注意的是，自2000年以來，這八個城市已經歷90多起重大洪災，部分原因可能是地勢下降。
另一個重要發現是：一些城市正在經歷差異運動，鄰近地區以不同的速度下沉，甚至在其他地區上升的同時下沉；這種上升運動可能是由河流或其他水源附近含水層的快速補給造成的。（某些地區的隆起實際上已經超過了三個城市的整體下沉：佛羅里達州傑克遜維爾、田納西州孟菲斯和加利福尼亞州聖何塞。）
紐約市大部分地區正在緩慢下沉，部分熱點地區尤其嚴重，尤其是拉瓜地亞機場周邊地區、牙買加灣和史坦頓島的部分地區。圖片來源：改編自 Ohenhen 等，《自然城市，2025》
差異運動是一個問題，因為正如作者指出的那樣，如果整個城市區域以相同的速率均勻地向上或向下運動，就能最大限度地降低建築物地基和其他基礎設施承受壓力的風險。但如果建築物受到一系列不均勻的垂直運動，它們可能會發生危險的傾斜。
作者寫道：“與洪水相關的地面沉降災害不同，只有當高沉降率使地面海拔低於臨界閾值時，風險才會顯現，而地面沉降引起的基礎設施損壞甚至可能發生在地面運動發生微小變化時。”
研究發現，這28個城市中，只有約1%的總土地面積位於差異運動可能影響建築物、道路、鐵路線和其他結構的區域。然而，這些區域往往位於人口最密集的城市核心區，目前約有2.9萬棟建築。其中，最危險的城市是聖安東尼奧，研究人員表示，那裡每45棟建築中就有1棟面臨高風險；其次是奧斯汀（每71棟建築中就有1棟）；沃斯堡（每143棟建築中就有1棟）和孟菲斯（每167棟建築中就有1棟）。
奧亨亨表示，這些地區個別建築物的倒塌後果尚不明確；可能需要更細緻的研究。此前一項針對1989年至2000年間美國225起建築倒塌事件的研究發現，只有2%的倒塌事件直接歸因於地面沉降。然而，新研究指出，30%的倒塌事件背後的原因尚不清楚，這表明地面沉降可能發揮了更大的作用。
論文總結道，城市應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、加強排水系統以及人工濕地等綠色基礎設施來吸收洪水，從而減輕洪水災害的影響。易受傾斜災害影響的城市可以重點改造現有建築，將地基運動納入建築規範，並限制在風險最高的地區建造新建築。
“與其只是說這是個問題，不如說我們可以應對、解決、緩解、適應，”奧亨亨說。“我們必須找到解決方案。”
編譯自/ScitechDaily
