美国所有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。

"随着城市持续扩张，我们将看到更多城市扩展到下沉区域，"主要作者、哥伦比亚气候学院拉蒙特-多尔蒂地球观测站的博士后研究员伦纳德·奥亨恩表示。"随着时间的推移，这种下沉会给基础设施带来超出其安全极限的压力。"

雅加达、威尼斯和新奥尔良等快速下沉的沿海大都市已引起广泛关注，近期多项研究表明美国东海岸及其他地区的许多地点正在下沉。但大多数研究依赖散布在广阔区域的相对稀疏数据来描绘大致图景。

这项新研究着眼于所有人口超过60万的美国城市，利用最新的卫星数据，以边长仅28米（约90英尺）的网格绘制出毫米级的垂直地表运动图。作者发现，在28个城市中的25个，三分之二或更多的区域正在下沉。总体而言，约3400万人生活在受影响区域。

下沉最快的城市是休斯顿，其超过40%的区域以每年超过5毫米（约1/5英寸）的速度下沉，12%的区域下沉速度达到该数值的两倍。某些局部区域每年下沉高达5厘米（2英寸）。德克萨斯州的沃思堡和达拉斯紧随其后。其他地区的局部快速下沉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地区。

除了测量地表高程变化，研究人员还分析了受影响区域县级的地下水抽取情况。通过将其与地表运动关联，他们确定人类活动抽取地下水是80%整体下沉的原因。通常，当水从细粒沉积物构成的含水层中被抽取时会发生这种情况；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，导致下方地层压实，进而引发地表下沉。该论文指出，在德克萨斯州，石油和天然气的开采加剧了此问题。

研究人员表示，持续的人口增长和用水需求，加上气候变化在某些地区引发的干旱，未来可能会加剧下沉。

在某些地区，自然力量也在起作用。特别是，约两万年前覆盖北美大部分内陆的巨型冰盖的重量，使其边缘地带向上隆起，类似于挤压气球让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，其中一些隆起区域仍以每年1至3毫米的速度下沉。受影响城市包括纽约、印第安纳波利斯、纳什维尔、费城、丹佛、芝加哥和波特兰。

甚至建筑物的巨大重量也可能产生影响。2023年的一项研究发现，纽约超过100万座建筑物对地面的巨大压力可能是该市持续下沉的部分原因。另一项更新的独立研究发现，迈阿密地区部分建筑物的下沉，部分原因是附近新建建筑对地下结构造成的扰动。

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）容纳了超过60%生活在沉降土地上的人口。值得注意的是，自2000年以来，这八个城市已发生超过90次重大洪水，部分原因可能是地形降低所致。

另一关键发现：一些城市呈现差异性运动，相邻区域以不同速率下沉，甚至部分区域下沉的同时其他区域却在上升；上升运动可能由河流或其他水源附近含水层的快速补给引起。（实际上有三个城市的某些区域上升幅度超过了整体下沉：佛罗里达州杰克逊维尔、田纳西州孟菲斯和加利福尼亚州圣何塞）。

差异性运动是个问题，正如作者指出，如果整个城市区域以相同速率均匀上升或下降，建筑地基和其他基础设施所受压力的危险会降至最低。但如果结构物承受一系列不均匀的垂直运动，则可能出现危险的倾斜。

作者写道："与洪水相关的下沉灾害风险仅在高速率下沉使陆地海拔低于临界阈值时才显现不同，由下沉引发的基础设施损害即使在微小的地表变动下也可能发生。"

研究发现，在这28个城市中，仅约1%的陆地面积位于差异性运动可能影响建筑物、道路、铁路线和其他结构的区域。然而，这些区域往往位于最密集的市中心地带，目前容纳着约29,000座建筑物。在这方面最具危险性的城市是圣安东尼奥（研究人员称每45座建筑中就有1座面临高风险）、奥斯汀（1/71）、沃思堡（1/143）和孟菲斯（1/167）。

奥亨恩表示，对这些区域单个建筑物的确切影响尚不清楚，可能需要更精细粒度的研究。早期一项针对1989年至2000年间美国225起建筑物倒塌事故的研究发现，仅有2%直接归因于下沉。然而，新研究指出，其中30%的原因被标注为未知，暗示下沉可能扮演了更重要的角色。

论文总结道，各城市应利用这些新信息聚焦解决方案。他们表示，在许多地方，可以通过填土抬升地面、增强排水系统以及建造人工湿地等绿色基础设施来吸收洪水以缓解洪灾。易受倾斜危害的城市则可侧重于改造现有结构、将地表运动纳入建筑规范，并限制在最具威胁的区域进行新建。

"与其只是指出问题，我们更应该响应、应对、缓解和适应，" 奥亨恩说。"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、德州农工大学、科罗拉多大学博尔德分校、布朗大学和联合国大学。