所有美国最大的城市都在下沉

该研究本周发表在期刊《自然-城市》（Nature Cities）上。

“随着城市的持续扩张，我们将看到更多城市扩展到沉降区域，”主要作者、哥伦比亚大学气候学院拉蒙特-多尔蒂地球观测站博士后研究员Leonard Ohenhen表示。“随着时间的推移，这种沉降会对基础设施产生压力，使其超过安全极限。”

雅加达、威尼斯和新奥尔良等快速沉降的沿海大都市已引起广泛关注，最近多项研究表明美国东海岸及其他地区的许多地方正在沉降。但大多数研究依赖覆盖广阔区域的相对稀疏数据来描绘整体图景。

这项新研究考察了所有人口超过60万的美国城市，利用最新卫星数据绘制了垂直陆地运动的毫米级地图，网格分辨率仅为28米（约90英尺）见方。作者发现，在28个城市中的25个，城市面积的三分之二或以上正在下沉。总体而言，约3400万人口生活在受影响区域。

沉降最快的城市是休斯顿，超过40%的区域以每年超过5毫米（约1/5英寸）的速度下沉，12%的区域沉降速度达该数值的两倍。某些局部地点每年下沉幅度高达5厘米（2英寸）。得克萨斯州的另外两个城市沃斯堡和达拉斯紧随其后。其他地区的局部快速沉降区包括纽约拉瓜迪亚机场周边区域，以及拉斯维加斯、华盛顿特区和旧金山的部分区域。

除测量地表高程变化外，研究人员还分析了受影响区域的县级地下水抽取量。通过将其与陆地运动相关联，他们确定人类使用造成的地下水抽取是80%整体沉降的原因。一般而言，当从由细粒沉积物构成的含水层中抽水时，除非含水层得到补充，否则原先被水占据的孔隙最终可能塌陷，导致下方压实和地表沉降。论文指出，在得克萨斯州，石油和天然气的抽取加剧了这一问题。

研究人员表示，持续的人口增长和用水量增加，加上气候引发的部分地区干旱，未来可能会加剧沉降现象。

在某些地区，自然力量在起作用。特别是，约两万年前覆盖北美大部分内陆的庞大冰盖的重量使其边缘地带向上隆起，类似于挤压气球使空气从一部分转移到另一部分。即使在冰盖早已消失的今天，其中一些隆起区仍以每年1至3毫米的速度沉降。受影响的包括纽约、印第安纳波利斯、纳什维尔、费城、丹佛、芝加哥和波特兰等城市。

建筑物的绝对重量也可能产生影响。2023年的一项研究发现，纽约超过100万栋建筑对地球施加的压力如此之大，可能导致了该市持续的沉降。另一项新近独立研究表明，迈阿密地区部分建筑物的下沉部分归因于附近新建筑施工造成的地下扰动。

新研究发现，八个城市（纽约、芝加哥、洛杉矶、菲尼克斯、休斯顿、费城、圣安东尼奥和达拉斯）占据了生活在沉降土地上人口的60%以上。值得注意的是，自2000年以来，这八个城市已遭遇90多次重大洪水，部分原因可能是地形降低所致。

另一关键发现：部分城市出现差异运动，相邻区域以不同速度下沉，甚至某些区域沉降的同时其他区域抬升；抬升可能由河流或其他水源附近的含水层快速补给引起。（实际上，在三个城市中特定区域的抬升量超过了整体沉降量：佛罗里达州杰克逊维尔；田纳西州孟菲斯；加利福尼亚州圣何塞。）

差异运动是个问题，正如作者所指出的：若整个城区以相同速率均匀上升或下沉，可最大限度降低建筑地基及其他基础设施的应力风险。但如果构筑物承受一系列不均匀的垂直运动，则可能发生危险倾斜。

作者写道：“与洪水相关的沉降灾害仅在高速率沉降使陆地高程低于临界阈值时才显现风险不同，沉降引发的基础设施损坏即使在陆地轻微运动变化时也可能发生。”

研究发现，在28个城市的总土地面积中，仅约1%位于差异运动可能影响建筑物、道路、铁路线及其他构筑物的区域。然而，这些区域往往集中于最密集的城市核心区，目前包含约29,000栋建筑。此方面风险最高的城市是圣安东尼奥（研究人员称每45栋建筑中有1栋面临高风险）、奥斯汀（1/71）、沃斯堡（1/143）和孟菲斯（1/167）。

Ohenhen表示，这些地区单体建筑的具体影响尚不明确，可能需要更精细的研究。早前针对1989至2000年间美国225栋建筑倒塌的研究发现，仅2%直接归因于沉降。但新研究指出，30%案例的成因被列为未知，表明沉降可能发挥了更大作用。

论文总结认为，城市应利用这一新信息聚焦解决方案。他们指出，许多地方可通过土地抬升、加强排水系统以及人工湿地等吸收洪水的绿色基础设施来缓解洪水威胁。易受倾斜危害的城市可重点改造现有结构，将陆地运动纳入建筑规范，并在威胁最严重的区域限制新建。

“相较于仅仅指出问题，我们可以响应、应对、减轻与适应，”Ohenhen说。“我们必须转向解决方案。”

该研究的共同作者来自弗吉尼亚理工大学、荷兰应用科学研究组织、加州大学伯克利分校、得克萨斯农工大学、科罗拉多大学博尔德分校、布朗大学和联合国大学。