地層下陷頻發(fā)：有何創(chuàng)新絕招

阿曼達(dá)·魯格里

不論是邁阿密，還是雅加達(dá)，世界各地的沿海地區(qū)正在與海平面上升帶來的影響展開較量。

但是在一些地區(qū)，地面沉降現(xiàn)象加劇了這一問題。

以印度尼西亞首都雅加達(dá)為例，該地地面每年沉降最高可達(dá)17厘米。美國地質(zhì)調(diào)查局的土地沉降專家米歇爾·斯尼德說：“因?yàn)檫@些地方基本上與海平面持平，沉降問題增加了洪澇和海平面上升帶來的壓力。當(dāng)?shù)厝藗冋诮ㄔ旌５?，但是由于這座城市正在快速沉陷，因此漲潮時，海水會直接漫過海堤?！?/p>

部分因?yàn)檠偶舆_(dá)等地的例子，氣候變化的懷疑論者經(jīng)常曲解地面沉降問題，他們認(rèn)為地面沉降是沿海地區(qū)洪澇加劇的唯一原因?，F(xiàn)實(shí)的情況更為復(fù)雜。在海平面上升的同時，地面也在下沉。海平面上升是全球性問題，是冰蓋融化和海洋溫度升高所致。但是，土地下沉是地區(qū)性問題，只對一些地方有影響。

在不幸同時遇到兩種現(xiàn)象的沿海地區(qū)，洪澇的風(fēng)險會大大增加。雖然內(nèi)陸地區(qū)不太可能受到海平面上升的影響，但是像墨西哥城和加州的圣華金谷等很多地區(qū)正面臨地面沉陷的挑戰(zhàn)。

但也有好消息。盡管大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為阻止海平面上升的唯一辦法是達(dá)成全球共識并降低碳排放，但是各地區(qū)仍有希望控制本地的地面沉降。

烏得勒支大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家和地面沉降問題研究員吉爾·厄肯斯說：“如果水位高是因?yàn)楹Ｆ矫嫔?，那就是一個全球問題。這在某種程度意味著降低了應(yīng)對土地沉降問題的難度，因?yàn)槟阒恍枰芯亢徒鉀Q本地的情況?！?/p>

上海、東京等城市已經(jīng)解決了地面沉降問題。像弗吉尼亞州東部的漢普頓錨地等地區(qū)正在提出自己的創(chuàng)新解決方案。

當(dāng)你聽說地面下沉是一個地區(qū)性問題（或可以解決的問題）時，如果你感到驚訝，不妨設(shè)想一下土地的垂直運(yùn)動：全球均衡調(diào)整（GIA）。在大約1.2萬年前的冰河世紀(jì)，全球均衡調(diào)整的結(jié)果就是北半球從數(shù)十億噸重的冰川解脫出來后出現(xiàn)的抬升。隨著冰川的融化，冰川下的陸地開始升高，冰川邊緣的陸地正在相應(yīng)的下沉。

想象一下用手指戳氣球。氣球被指尖戳到的地方會出現(xiàn)一個凹陷，周圍會鼓起來。當(dāng)你把手指松開時，就像冰川融化一樣，凹陷處會反彈，而鼓起的地方會下凹。在北美地區(qū)，加拿大和阿拉斯加就是凹陷的地方，中大西洋州則是鼓起的地方。

把那個數(shù)毫秒的實(shí)驗(yàn)拉長到1000年，就得出了與目前地球類似的情況。不過，正如你可能會預(yù)料到的，全球均衡調(diào)整是一個相對緩慢的過程，不應(yīng)該把它和一些地面嚴(yán)重下沉的地區(qū)混淆起來。

美國國家海洋和大氣管理局的菲利普·亨塞爾說：“如果一個地區(qū)發(fā)現(xiàn)地面大幅下沉，那原因就不是全球均衡調(diào)整。全球均衡調(diào)整最多也只能造成微小的影響?！?/p>

亨塞爾說，在全球均衡調(diào)整影響之下，高度增加最顯著的一年升高接近10毫米，比如阿拉斯加和加拿大，但是沉降最多的地區(qū)一年只降低1毫米或2毫米。

水位下降

因此，在世界大多數(shù)地區(qū)，地面大幅下沉主要是人為原因：地下水抽取。

帕多瓦大學(xué)的地面沉降學(xué)者西蒙·菲亞斯基說：“每次從地下挖掘東西出來都會造成地面下沉。隨著人們挖走地下的東西，地面就會開始坍陷?！?/p>

這就意味著其他類型的開采活動，也會產(chǎn)生相同的效果，比如開采甲烷和石油。但是通常來說，罪魁禍?zhǔn)资堑叵滤_采。地下水是全世界最重要的淡水資源之一。印度是地下水使用量最大的國家，85%的飲用水都來自地下。歐洲75%的飲用水來自地下水。

地下水還有其他很多用途。以美國為例，2010年農(nóng)業(yè)灌溉每天抽取2.25億立方米地下水，占地下水總抽取量的60%。其水量足以在不到兩年的時間里填滿加利福尼亞藏水量最大的湖泊——太浩湖。

地下水本來應(yīng)該通過雨水和雪水滲過石塊自然補(bǔ)給。在世界的很多地區(qū)，地下水的抽取速度超過了補(bǔ)充速度。這可能會導(dǎo)致地下水位下降和水資源減少，而且也可能造成地表坍陷，有時還會造成地面大幅下沉。

以墨西哥城為例，其飲用水大約一半都依賴本地的地下水含水層。這座城市2100萬的龐大人口規(guī)模和低效的用水方式，42%都通過泄漏流失了，含水層已經(jīng)被過度抽取。墨西哥城的首席地下水恢復(fù)官阿諾爾多·馬圖斯·克雷默表示，按照目前的速度，50年后該含水層就會枯竭。與此同時，該城市的一些區(qū)域每年將下沉高達(dá)30厘米。

結(jié)果，墨西哥城陷入了惡性循環(huán)，地面下沉破壞了水管基礎(chǔ)設(shè)施，影響到水管的維護(hù)工作，進(jìn)而導(dǎo)致水管泄漏，只能抽取更多的水。地面下沉不僅讓城市容易出現(xiàn)缺水問題，而且可能造成一些建筑在最近的一次地震中較為脆弱，克雷默說。

很難說地面沉降對全球多少地方造成了影響。厄肯斯說：“我們?nèi)栽趪L試在全球范圍內(nèi)收集相關(guān)數(shù)據(jù)。我們并不了解很多地方正在發(fā)生的情況，這可能會減少我們應(yīng)對挑戰(zhàn)的方案?！?/p>

不過，從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)出發(fā)，科學(xué)家認(rèn)為他們看到了希望。停止抽取地下水有可能阻止地面下沉，甚至可能會使得地面恢復(fù)原來的高度。

一些城市已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。東京曾抽取地下水?dāng)?shù)10年，地面沉降曾非常嚴(yán)重，到1968年達(dá)到高峰，該年度下降高達(dá)24厘米。在同一時期，一天抽取的地下水多達(dá)150萬立方米。為應(yīng)對該問題，東京政府通過了限制抽水的法律。到21世紀(jì)初，東京的地面下沉速度下降到每年1厘米。

但是想要停止抽水就必須改變城市的主要水源。對一些地區(qū)來說，這可能行不通。位于加州中部的圣華金谷占地約2.59萬平方公里，其支柱產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)非常依賴地下水。最近的一次旱災(zāi)加劇了這一問題，該地區(qū)的一些地方每年下沉速度高達(dá)60厘米。

美國地質(zhì)調(diào)查局在加州辦公室的斯尼德說：“這里是全球地面下沉速度最快的地方之一?！弊罱摰貐^(qū)的農(nóng)業(yè)從西紅柿、胡椒等輪種作物轉(zhuǎn)變?yōu)榉N植果樹、葡萄等耗水量更大的多年生作物。這又加重了地面下沉的問題。

盡管地面下沉并沒有造成洪澇，但它仍然會破壞一個地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施。一個例子是它巨大的運(yùn)河體系。該地使用運(yùn)河來輸送水資源。河谷不同區(qū)域的土地正以不同的速度下沉，導(dǎo)致依賴地心引力的運(yùn)河系統(tǒng)無法運(yùn)作。于是，加州的立法者在2014年簽署了一項(xiàng)法律，以確保地下水的使用不會造成地面的不合理下沉。

不過，如何實(shí)施尚未確定。斯尼德認(rèn)為，加州不太可能依賴其他水資源，因?yàn)榧又莸男钏畮煲呀?jīng)沒有太多額外的空間。

斯尼德說：“我覺得他們現(xiàn)在已經(jīng)開始意識到這將會是一個非常重大的任務(wù)。本地人將不得不作出一些從未經(jīng)歷過的非常艱難的使用土地的選擇?！?/p>

地下水補(bǔ)水

上海等城市的解決方法不僅是限制抽取地下水，還有往含水層補(bǔ)水。不過，弗吉尼亞州正在開發(fā)一種更有創(chuàng)意的解決方案。

切薩皮克灣南部的漢普頓錨地正受到三股不同力量的威脅。該區(qū)域位于冰川融化區(qū)域的邊緣——雖然全球均衡調(diào)整在這里的影響大約是每年一毫米，但是地面的下沉速度仍然排在全世界前列。第二個問題是海平面的上升，造成每年地面下沉二毫米。

但是從巨大的波托馬克含水層抽出地下水是地面下沉的罪魁禍?zhǔn)祝磕暝斐傻孛嫦鲁?.8毫米。

在平地區(qū)域，這些微小的沉降不斷累積。該區(qū)域經(jīng)常遭遇洪澇。海水也侵入了含水層和容易被水淹沒的脆弱的濕地。

漢普頓錨地衛(wèi)生區(qū)的總經(jīng)理泰德·海尼芬在幾年前曾帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究廢水是否有更好的利用方法。他們當(dāng)時正在對廢水進(jìn)行處理并排入切薩皮克灣的入?？?。他說：“我們排出的廢水沒有人會用，甚至沒有人需要?！?/p>

那么，假如他們可以用水來做一些有價值的事呢？這一連串思考孕育出一個創(chuàng)新項(xiàng)目“Swift”。它不是丟棄廢水，而是每天處理廢水68.2萬立方米，使其達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。其他基本指標(biāo)也和地下水一樣，包括鹽度在內(nèi)。一旦經(jīng)過處理，這些水就可以重新打回含水層。

該項(xiàng)目目前還處于起步階段，目標(biāo)是在2019年取得許可證，在2023年之前每天向含水層注入4.55萬至9.1萬立方米水。但是模型已經(jīng)發(fā)現(xiàn)增加注水有可能增加遠(yuǎn)及馬里蘭州和北卡羅來納州的水壓。

“根據(jù)在沒有本項(xiàng)目的情況下含水層會出現(xiàn)的含水層萎縮，如果我們繼續(xù)按照許可進(jìn)行抽水直至50年后，最壞的地區(qū)，萎縮長度大約是2英尺。如果在同一個模型下我們把水補(bǔ)充回去，就能夠徹底避免含水層萎縮?！?/p>

如果這個項(xiàng)目啟動，計(jì)劃是逐步擴(kuò)大規(guī)模直到滿負(fù)荷運(yùn)作，在2030年之前達(dá)到54.5萬立方米，然后在其他縣推廣類似廢水處理廠的項(xiàng)目。

參與該項(xiàng)目的美國地質(zhì)調(diào)查局的科學(xué)家大衛(wèi)·內(nèi)爾姆斯提醒這可能不是萬靈藥。和其他地方一樣，這里的土地也是由粘土層和沙層構(gòu)成的。過去一個世紀(jì)的開采已經(jīng)導(dǎo)致這兩個土層開始萎縮。在注水時，只能讓沙子吸水，而粘土仍然是萎縮狀態(tài)。內(nèi)爾姆斯說："那是無法恢復(fù)的，是永久的。但是項(xiàng)目的地點(diǎn)很分散，每個地方的地質(zhì)構(gòu)造不一樣，所以在不同的地方要采取不同的應(yīng)對方式。"

地面沉降可能是一個復(fù)雜的問題。不過，因?yàn)橛邢馭wift這樣的項(xiàng)目，我們可能有理由保持樂觀，我們不但可能解決地面沉降的問題，還可能緩解海平面上升的雙重挑戰(zhàn)。海尼芬說：“如果說在我們有生之年，我們能夠?yàn)楹Ｆ矫孀鳇c(diǎn)什么的話，這可能是我們能夠想到的唯一辦法了，它有可能為本地區(qū)爭取一些時間?！?/p>

（摘自英國廣播公司新聞網(wǎng)）（編輯/多洛米）