Paperi rullaa, 13 tuumaa leveä, 60 metrin pituiseksi venytetty, joten Stefan Talke veti kansallista arkistoa pitkin pöydät avataksesi oikarien arkit, jotka seuraavat ennen sisällissodan alkua nousujen ja laskujen nousua ja laskua. "Se oli upeaa", hän muistaa. "Odotin, että nämä tietueet olivat kadonneet, ja tässä olen palatsin avaimilla."
Levy on avain paitsi menneisyyden ymmärtämiseksi, myös tulevaisuuden kaupunkien, kuten Wilmingtonin, Pohjois-Carolinassa; Jacksonville, Florida; Jamaikan lahti, New York ja muut satamat ympäri maata. Näiden vuorovesirekisterien kannustamana Talke ja hänen kollegansa ovat luoneet tietokonemalleja, jotka osoittavat, kuinka syventyvät kanavat lastialusten sijoittamiseen voivat aiheuttaa vuorovesiä ja dramaattisesti lisääntyviä tulvia myrskyjen noususta joissakin kaupungeissa.
Tietueiden vieritys tuona päivänä vuonna 2011 oli peräisin Ostragonista, Astoriasta, Columbia-joelta, lähellä, missä Talke on ympäristötekniikan apulaisprofessori Portlandin osavaltion yliopistossa. Hän tutkii jokisuistojen, jokien ja valtamerten hydrodynamiikkaa. Seuraavien vuosien aikana Talke ja hänen kollegansa löysivät enemmän kadonneita vuorovesijuttuja, jotka kattavat New Yorkin, Pohjois-Carolinan, Massachusettsin, Floridan, Delawaren, Virginian ja muut rannikkoalueet. Joka kerta he ottivat kuvia tietueista ja palasivat Portlandin osavaltioon, missä Talken opiskelijat siirsivät huolellisesti tiedot digitaaliseen tietokantaan vuorovesimittaritiedoista koko 1800-luvun ajan. Varhaisimmat Bostoniin 1820-luvulla päivätyt tietueet ovat vuosikymmeniä vanhempia kuin aiemmin saatavilla.
Yhdysvaltain rannikko- ja geodeettinen tutkimuskartta St. John Riveristä vuodelta 1899. Jacksonville on pieni kaupunki kuvan vasemmalla puolella. Dame Pointin lähellä kanava upotettiin 18 jalkaan vuonna 1894. (Talke et al.) Talke yhdisti kyseisen vanhanaikaisen tyydytyksen korkean teknologian mallinnukseen tutkiakseen suistoissa muutoksia, jotka liittyvät noin 150 vuotta sitten satamakaupungeissa alkaneeseen ruoppaukseen. Hän pohti, löytäisikö hän löytää samanlaisia vaikutuksia kuin mitä hän löysi tutkijatohtorin projektissa tutkiessaan Ems-joen suistoa Saksan ja Alankomaiden rajalla. Euroopassa hän yritti selittää, miksi sedimenttien pitoisuudet olivat dramaattisesti lisääntyneet, mikä johti laajalle levinneeseen hapenkulutukseen ja ekologiseen katastrofiin. Hän oppi sieltä, että vuorovesi oli muuttunut, melkein kaksinkertaistunut muutamassa vuosikymmenessä. Miksi? Laivakanavan syventäminen, virtaviivaistaminen ja laajentaminen ajan myötä oli aiheuttanut dramaattisia muutoksia suiston hydrodynamiikassa.
Joillakin satamakaupungeilla Yhdysvaltojen rannikolla on samanlaisia tuloksia kuin Ems-joen suistoalueella, vaikkakin Talke varoittaa, että jokainen suisto on erilainen. Muutamassa paikassa hän on todennut, että kanavan syventäminen on vähentänyt tulvariskiä. Toisissa muutokset yli vuosisadan ajan ovat olleet dramaattisia, kaksinkertaistuneen myrskyn ennakoidun korkeuden, joka on paljon yli merenpinnan nousun, lisääntynyt myrskyn voimakkuus ja muut tekijät voivat viitata. Vaikuttaa siltä, että vahingot ovat eniten ylävirtaan ja rannikkojen ulkopuolelta - paikoissa, joissa ihmiset luulevat olevansa vähemmän vaarallisia.
Avain näihin löytöihin ovat historialliset tietueet, jotka Talke paljasti. He ovat antaneet tutkijoille mahdollisuuden kääntää tietokonemallien tavanomainen rooli - ennustaa tulevaisuutta - ja matkustaa taaksepäin ajassa tutkiakseen, kuinka suistojen ja jokien käyttäytyminen tapahtui ennen kanavan syventämistä. Kun heidän mallinsa toistavat historialliset vuorovedet, jotka Talken ryhmä löysi paperitietokannoista, se antaa heille luottamuksen mallien oikeisiin.
"Tämä on arkistotietojen siisti käyttö, joka pystyy ratkaisemaan tärkeitä ongelmia, jotka ovat jääneet huomaamatta, ja antavat myös käsityksen siitä, kuinka herkkä jokisuiston kaltainen järjestelmä on muuttuviin olosuhteisiin", Talke sanoo. "Yli vuosisadan yli olevassa aikataulussa olemme muuttaneet huomattavasti satamiemme ja suistojemme vedenalaista topografiaa. Olemme kirjaimellisesti siirtäneet likavuoria, räjäyttäneet merenpohjat, suoristaneet laaksot ja luoneet supervaltatiet superlatiivisesti suurille aluksille. Nämä muutokset satamiamme ovat kaikkialla maailmassa yleisiä vaikutuksilla, joita emme ole täysin pohtineet tai edes kartoittaneet, monissa tapauksissa. "
Yksi näistä paikoista on Wilmington, Pohjois-Carolina, jossa aurinkoisen päivän tulvat esiintyvät maassa eniten - yli 80 päivää vuodessa viime aikoina. Talken vuodelta 1887 lukemat lukemat osoittavat, että vuoroveden vaihteluväli Wilmingtonissa on kaksinkertaistunut viimeisen 130 vuoden aikana, ja se on muuttanut huomattavasti ns. Häiritsevien tulvien taajuutta.
Rannikon lähellä vuorovedet ovat lisääntyneet vain vähän - merkki siitä, että muutokset johtuvat joen keinotekoisista muutoksista. Tietokonemallinnuksen avulla Talke ja opiskelija Ramin Familkhalili päättivät, että luokan 5 hirmumyrskyltä odotettavissa oleva pahin myrskynopeus on noussut 18 jalkaan 18 jalkaa 1800-luvulta, kun Wilmingtonin ympärillä olevat kanavat olivat puolet tämän päivän syvyydestä. .
Konttialus kulkee lähellä Bald Head Island, NC, matkalla Wilmingtonin satamaan torstaina 8. elokuuta 2013. (AP Photo / Harry Hamburg) Hurrikaani Firenze tulvi kaupunkiin syyskuussa. "Luulen, että osa tulvista johtui todennäköisimmin järjestelmän muutoksista", Talke sanoo. Hän toteaa, että Wilmington hyötyi siitä, että se oli hurrikaanin puolella tuulen puhaltaessa merelle ja vaimentaen myrskyn nousua. Hän lisää, että tutkijoiden on ymmärrettävä kokonaan täysimittainen malli, joka sisältää sateet ja tuulenkentän.
Kun konttialukset ovat kasvaneet yhä suuremmiksi Panaman kanavan syventämisen vauhdittamana, satamat ympäri maailmaa ovat upottaneet kanavia entistä syvemmälle - 50 metriin tai enemmän New Yorkin, Baltimoren, Norfolkin, Charlestonin ja Miamin satamiin. Näiden hankkeiden toteutettavuustutkimuksissa, mukaan lukien armeijan insinööritarkastuslaitoksen analysoinnissa, tarkastellaan taloudellisia näkymiä ja joitain ympäristövaikutuksia, mutta ne ovat hylänneet kanavien syventämisen vaikutuksen vuoroveden muutoksiin, tulviin ja myrskyn nousuun. Ruoppausprojektit ovat maailmanlaajuisesti Elben joen ja Hampurin sataman, Saksan suurimman sataman, rakennustöissä; Rotterdam, Euroopan suurin satama; ja Korean Busan Port, muun muassa.
Joissakin paikoissa vaikutus on ollut kutsua merelle ja altistaa kymmeniä mailia ylävirtaan sijaitsevat kaupungit äärimmäisille vuorovesi- ja tulville. Mutta kuinka kanavan syventäminen voi lisätä vuorovesiväliä ja siten myrskyn nousua ja tulvia? Ensisijaisia tekijöitä on kaksi.
Ruoppaus tasaa kanavan pohjan ja eliminoi luonnolliset esteet, kuten dyynit, kivet, ruohot ja osteripohjat, jotka estävät virtausta, muuttamalla sen karkealta maastopolulta liukasen NASCAR-moottoritieksi. Ilman tätä vedenvirtausta hukkaan menee vähemmän energiaa, mikä lisää tuloveden ja myrskyjen nousua. Kanavien syventäminen vähentää myös turbulenssin vaikutuksia. Pohjan hitaasti liikkuva vesi ei sekoitu yhtä paljon nopeammin liikkuvan veden kanssa pinnan lähellä (ajattele vanhaa sanontaa, että vielä vedet juoksevat syvälle), joten pintavedet luistelevat pääosin ilman, että niitä hidastaa läheskään yhtä paljon.
Talke ja hänen kollegansa totesivat myös, että kanavan syventämisen kääntö voi olla totta. Vuoden 2015 lehdessä he mallinnutvat New Yorkin Jamaikan lahden matalan vaikutuksen ja havaitsivat, että kanavan palauttaminen luonnollisiin, historiallisiin syvyyksiin vähentäisi vuoroveden kantamaa ja myrskyn nousua.
"Suorilla suunnittelutoimenpiteillä ja muutoksilla rannikoihimme, suistoihin ja satamiin voi olla suuri vaikutus", Talke sanoo. "Saatamme todella muuttaa järjestelmän fysiikkaa."
Geopotes 14, jäljellä oleva imusäiliön ruoppaaja, nostaa puominsa kanavasta Hollannissa. Alus voi upottaa 33, 8 metrin syvyyteen ja vielä syvemmälle jatkeella. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Yleisistä suuntauksista huolimatta jokainen sijainti on erilainen. Jokainen myrsky on erilainen. Esimerkiksi kanavan syventäminen vähentää tuulien vaikutusta veteen johtaen suistoa. Kanavien syventämisellä tietyissä paikoissa ei ehkä ole vaikutusta tai ne voivat jopa lieventää myrskyn nousua ja tulvia, tutkijoiden mukaan näyttää olevan tilanne Portlandissa, Oregonissa ja Albanyssa, New Yorkissa. Näissä paikoissa kanavien ruoppaamisesta johtuva jokien kaltevuuden pieneneminen vaikutti enemmän kuin kanavan syventäminen.
Mutta Jacksonvillessa suunnitelmat kanavan syvyyden nostamisesta 47 jalkaan ovat olleet kiistanalaisia vuoden 2017 tulvien aikana hirmumyrsky Irma, luokan 1 myrsky, joka saavutti historiallisen nousutason huolimatta laskuveden aikaan. Paikallinen ympäristöryhmä, St. Johns Riverkeeper, on haastanut ruoppauksen lopettamiseen. Viimeisen 120 vuoden aikana St. Johns -joen kanava, joka kapenee, kun se kulkee keskustan läpi 26 mailin päässä merestä, on upotettu 41 metrin syvyyteen 18 metristä. Kuten Wilmington, kanavan syventäminen ja virtaviivaistaminen on Talken mukaan melkein kaksinkertaistanut vuorovesialueen Jacksonvillen ympärillä.
Carl Friedrichs, William & Maryn yliopistoon kuuluvan Virginia-merentutkimuslaitoksen fyysisten tieteiden laitoksen puheenjohtaja, kertoo, että Talke on ollut johtava historiallisen vuoroveden ennätysten avulla rannikkojärjestelmien muutosten tutkimisessa. "Olen vaikuttanut näkemästäni suuresta vaikutelmasta", Friedrichs sanoo. "Yksi hänen teoksensa todella siististä teemoista on, että hän kuvaa odottamattomia epälineaarisia palautteita, joissa luulet tapahtuvan yhtä asiaa, mutta tapahtuu kaskadia muita asioita."
Esimerkiksi kanavien syventäminen johtaa sedimenttien siirtymiseen odottamattomiin paikkoihin, vesien lieventämiseen kirjaimellisesti ja lisää myös suolaveden tunkeutumista makean veden jokiin, jolla on CSS-vaikutuksia. Christopher Sommerfield, Delawaren yliopiston rannikkovallankumoaja ja geologi, on julkaissut lehtit Talken ja muiden kanssa Newark Baysta ja Delaware Baysta. Sommerfield sanoo, että Delawaren suistoalueella kanavien syventäminen on lisännyt suolapitoisuutta ylöspäin lähempänä Philadelphiaa ja Trentonia. Koska suolalinja hiipii ylävirtaan, se ei muuta vain meren elämää, vaan uhkaa makean veden saantia Philadelphialle (Delaware-joki) sekä vettä käyttäville teollisuudenaloille (suolavesi on kalliisti syövyttävää). Lisäksi Sommerfield sanoo, että kunnossapito-ruoppaus poistaa sedimentit, jotka ovat kerran luoneet joen varrella lietteitä ja soita - tärkeitä ominaisuuksia vaimentavassa aaltoenergiassa.
Äskettäisessä lehdessä Talke ja hänen kollegansa väittävät, että haavoittuvat rannikkoyhteisöt saattavat aliarvioida myrskyvuoroveden, aallonvoimakkuuden, kosteikkojen menetyksen ja merenpinnan nousun yhteisvaikutuksia. "Luulen, että ihmiset alkavat hioa sitä, että sinulla ei ole vain vuorovesi itsessään, eikä sinulla ole myrskyn nousua itsessään tai merenpinta nousee itsestään", hän sanoo. "Et voi hoitaa niitä kaikkia itsenäisesti, lisätä kaikki yhteen ja saada muutos riskissä. Sinun on harkittava heitä yhdessä."
Talkelle on nyt kysymys siitä, kuinka nuo aiemmin varjostetut vihjeet voivat muokata turvallisempaa tulevaisuutta. "Sinulla on tämä muuttuva vaikutus siellä, missä on tietyssä mielessä voittajia ja häviäjiä. Joissain paikoissa Albany näkee riskin vähentymisen, ja joissain paikoissa riski kasvaa suuresti", hän sanoo. "Olen huolissani siitä, että emme todellakaan ole tutkineet tätä kokonaan, joten emme tiedä, mihin alueisiin vaikutus kohdistuu enemmän ja mitkä alueet ovat hiukan paremmin suojattuja.
"Oppimalla menneisyydestä", Talke lisää, "voimme paremmin valmistautua tulevaisuuteen."
