海平面在上升，大城市的地基却在加速下沉？

本文来自微信公众号：把科学带回家 （ID：steamforkids），作者：Ziv，审校：阿娴，原文标题：《在建筑物的重压下，纽约正在加速下沉》，题图来自：视觉中国

随着气候变暖，两极以及大陆冰川逐渐消融，导致海平面上升、洪水灾害频发，给生活在沿海地区以及岛屿的人们带来了很大威胁。

科学家发现在美国东海岸，相较于缅因湾（Gulf of Maine）和南大西洋湾（South Atlantic Bight），中大西洋湾（Mid-Atlantic Bight）的海平面上升速度要更快。

他们推测这是因为在末次冰期时，冰川覆盖了地球大部分地区。在重力的作用下，冰盖正下方的地面下沉，大陆边缘微微翘起。

当冰川消退后，原本被抬高的地区一点点落回去，体现出的就是海平面上升。在美国的北卡罗来纳、马里兰和弗吉尼亚，冰川消退引起的沿海地区下沉更明显，这表明在这些地区，地球弹性岩石层的实际厚度要比估计的更厚。

纽约湾刚好在中大西洋湾的范围内，根据科学家的计算，曼哈顿正在以每年2.1毫米的速度下沉。并且预计到2100年，纽约市会下沉50厘米。

纽约市的五个行政区（图片来源：wiki）

不过除了自然原因外，科学家认为这当中还有人为因素的潜在影响。

纽约无疑是个超级大都市，这里高楼林立，在狭窄的海湾上挤满了摩天大楼。

一些建筑物在完工后会在自身重力作用下发生“沉降”，因为地基土受到压力后会压缩下沉。一般在设计施工阶段就会考虑到建筑沉降的问题，并且会进行一些预处理，通常建筑带来的沉降都在可接受的范围内。

也许你也在一些楼的外墙上见过类似的沉降观测点（图片来源：作者Ziv）

建筑物建成后不久会出现一个初级沉降阶段，然后根据不同的土壤类型，会出现一个缓慢的、不确定时间和范围的次级沉降阶段。

就像比萨斜塔正是因为建在软土层上，并且地基沉降不均匀才发生了倾斜。在建成后的几百年内，它一点点挤压着地基土，变得越来越斜，政府斥巨资修缮后才稍稍扶正一些。

（图片来源：Heidi Kaden - Unsplash）

科学家推测发生在纽约建筑物之下的次级沉降可能也是它加速下沉的关键所在。

要想模拟出纽约的下沉情况并不容易，有超过100万栋建筑挤在这里，它们的总重量超过7600亿千克。

而纽约地面之下的情况非常复杂，它在一片冰川沉积物中，其中又包含几个不同的单元，包括黏土、砂土和湖泊沉积物、海岸沉积物以及露出地表的基岩等等。此外在海岸线附近还有大量人工填料区域，这些材料也是可压缩的。

经过调整一系列参数和反复计算，科学家发现纽约大多数地区的沉降速度和之前估计的冰川消退导致的下沉速度差不多，不过有些地区的下沉速度的确会更快。

可能我们下意识会认为沉降幅度最大的区域在摩天大楼下面，但科学家发现事实并非如此。

城市建造者显然在设计之初也考虑到了这点，所以纽约大部分庞大的建筑物是建在基岩上面的，除非基岩开裂，否则不会有太大幅度的沉降。

倒是建在沿海地区人工填料上方的建筑引起的次级沉降比较明显，即使它们本身并不是最重的。软土层之上的沉降速度也超过了平均速度，一些地区甚至达到了每年4.5毫米。

纽约市下沉的平均速度在1.77毫米/年左右，不同地区存在差异，有些位置会超过2.75毫米/年（图片来源：参考资料[1]）

全球大约40%的人居住在海岸线100公里以内，这些地方最容易受到海平面上升的威胁。之前有研究发现在48个人口稠密的沿海城市当中，44个下沉速度超过了海平面上升的速度，有关纽约建筑物的调查或许能给这些异常快速的下沉提供一些线索。

很多科学家认为地面沉降可能会带来严重的洪涝问题。

以印尼首都雅加达为例，这里人口超过1000万，加上周边的卫星城市，总人口达到3000万，是全球人口最稠密的地区之一。同时它的下沉速度也名列前茅，达到了每年10厘米左右。

近几年雅加达洪水频发，还面临着严重的清洁用水短缺和环境污染问题。印尼政府不得不决定把首都迁走，选址在东加里曼丹省受洪涝、地震、海啸等自然灾害影响较小的地区。

海平面上升可能已经不可避免，但至少直面这个问题、多了解一些问题出现的原因，就能多一些缓解的空间。

参考资料

[1] https://doi.org/10.1029/2022EF003465

[2] Sallenger， A.， Doran， K. & Howd， P. Hotspot of accelerated sea-level rise on the Atlantic coast of North America. Nature Clim Change 2， 884–888 (2012). https://doi.org/10.1038/nclimate1597

[3] Piecuch， C.G.， Huybers， P.， Hay， C.C. et al. Origin of spatial variation in US East Coast sea-level trends during 1900–2017. Nature 564， 400–404 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0787-6

[4]https://www.livescience.com/planet-earth/climate-change/new-york-city-may-be-sinking-under-its-own-weight-because-the-buildings-are-too-heavy-scientists-warn

[5]https://www.scientificamerican.com/article/new-york-city-is-sinking-under-its-own-weight/

[6]https://edition.cnn.com/2023/05/23/world/nyc-sinking-sea-level-climate-scn/index.html

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