Papírové svitky široké 13 palců se táhly na 60 stop, takže Stefan Talke přitáhl dohromady tabulky uvnitř národního archivu, aby rozbalil listy hádek, které sledovaly vzestup a pokles přílivů datovaných před občanskou válkou. „Bylo to fantastické, “ vzpomíná. "Předpokládal jsem, že všechny tyto záznamy byly ztraceny, a tady jsem s klíči do paláce."
Záznamy jsou klíčem nejen k pochopení minulosti, ale také k budoucím městům, jako je Wilmington, Severní Karolína; Jacksonville, Florida; Jamajka Bay, New York a další přístavy po celé zemi. Talke a jeho kolegové pobídli tyto přílivové záznamy a vytvořili počítačové modely, které ukazují, jak prohlubující se kanály pro umístění nákladních lodí mohou způsobit přílivy a dramaticky zvýšit záplavy způsobené bouřkami v některých městech.
Svitky záznamů toho dne v roce 2011 byly z Astoria v Oregonu na řece Columbia poblíž místa, kde je Talke docentem environmentálního inženýrství na Portlandské státní univerzitě studující hydrodynamiku ústí řek, řek a oceánů. V příštích několika letech Talke a jeho kolegové objevili více dlouho ztracené přílivové příběhy pokrývající New York, Severní Karolínu, Massachusetts, Florida, Delaware, Virginii a další pobřežní oblasti. Pokaždé vyfotili záznamy a vrátili se do Portland State, kde Talkeho studenti pečlivě přenesli informace do digitální databáze přílivových měřidel po celé 19. století. Nejstarší záznamy pocházely z Bostonu ve dvacátých letech 20. století, o desetiletí starší, než byly dříve dostupné.
Mapa amerického pobřeží a geodetického průzkumu řeky St. John z roku 1899. Jacksonville je malé město na levé straně obrázku. V blízkosti Dame Point byl kanál bagrován na 18 stop v roce 1894. (Talke et al.) Talke spojil tuto staromódní sleuthing s high-tech modelováním, aby prozkoumal změny v ústí řek, které se týkaly bagrování, které začalo před 150 lety v přístavních městech. Přemýšlel, zda najde účinky podobné těm, které objevil během postdoktorandského projektu studujícího ústí řeky Ems na hranici Německa a Nizozemska. V Evropě se snažil vysvětlit, proč došlo k dramatickému zvýšení koncentrace sedimentu, což vedlo k rozsáhlému vyčerpání kyslíku a ekologické katastrofě. Dozvěděl se, že příliv se změnil a během několika desetiletí se téměř zdvojnásobil. Proč? Prohloubení, zefektivnění a rozšíření přepravního kanálu v průběhu času způsobilo dramatickou změnu v hydrodynamice ústí.
Některá přístavní města podél amerického pobřeží vykazují podobné výsledky jako ústí řeky Ems, i když Talke varuje, že každá ústí je jiná. Na několika místech zjistil, že prohloubení kanálů zmírnilo riziko povodní. V jiných byly změny za více než století dramatické a zdvojnásobily předpokládanou výšku nárůstu bouře, daleko nad úroveň stoupání hladiny moře, zvýšenou intenzitu bouře a další faktory, které by mohly naznačovat. Zdá se, že účinky jsou nejvíce škodlivé proti proudu a od pobřeží - v místech, kde si lidé myslí, že jsou méně ohroženi.
Klíčem k těmto zjištěním jsou historické záznamy, které Talke odhalil. Umožnili vědcům převrátit obvyklou roli počítačových modelů - předpovídat budoucnost - a cestovat zpět v čase, aby prozkoumali, jak se ústí řek a řek před prohlubováním kanálu chovaly. Když jejich modely reprodukují historické přílivy, které Talkeho tým našel v papírových záznamech, dává jim jistotu, že jsou modely správné.
"Jedná se o úhledné použití archivních záznamů, které mohou řešit důležité problémy, které zůstaly bez povšimnutí, a také poskytnout nahlédnutí do toho, jak citlivý systém jako ústí je na měnící se podmínky, " říká Talke. „Za více než století jsme značně změnili podvodní topografii našich přístavů a ústí. Doslova jsme přesunuli hory hlíny, vybuchli mořské hory, narovnal údolí a vytvořili superdálnice pro superlativně velké lodě. naše přístavy jsou všudypřítomné po celém světě s účinky, které jsme v mnoha případech úplně neuvažovali nebo dokonce nevymapovali. ““
Jedním z těchto míst je Wilmington v Severní Karolíně, který má jeden z nejvyšších výskytů záplav slunečného dne v zemi - nedávno více než 80 dní v roce. Čtení, která Talke našel z roku 1887, ukazují, že přílivový rozsah ve Wilmingtonu se za posledních 130 let zdvojnásobil, což významně změnilo frekvenci tzv. Obtěžujících záplav.
Poblíž pobřeží se příliv zvýšil jen nepatrně - což je známkou toho, že změny jsou vedeny umělými změnami řeky. Pomocí počítačového modelování Talke a student Ramin Familkhalili určili, že nejhorší nárůst bouře očekávaný od hurikánu kategorie 5 se zvýšil na 18 stop, z 12 stop v 19. století, kdy kanály kolem Wilmingtonu byly dnešní hloubkou poloviční .
Kontejnerová loď prochází poblíž Bald Head Island, NC, na cestě do přístavu Wilmington ve čtvrtek 8. srpna 2013. (AP Photo / Harry Hamburg) Hurikán Florencie zaplavilo město v září. „Myslím, že můžete říci, že část povodní byla pravděpodobně způsobena změnami systému, “ říká Talke. Poznamenává, že Wilmington těží z toho, že je na straně hurikánu, když vítr fouká z pobřeží a tlumí nárůst bouře. K úplnému pochopení dodává, že by vědci museli udělat model v plném měřítku včetně srážek a větru.
Jak se kontejnerové lodě stále zvětšovaly a byly podněcovány prohlubováním Panamského průplavu, přístavy po celém světě vylovily kanály stále hlouběji - do 50 stop nebo více pro přístavy v New Yorku, Baltimore, Norfolku, Charlestonu a Miami. Studie proveditelnosti těchto projektů, včetně analýz armádního sboru inženýrů, zkoumají ekonomické vyhlídky a některé dopady na životní prostředí, ale odmítly účinek prohloubení kanálů na změny přílivu, záplavy a bouřkový nárůst. Celosvětově jsou projekty bagrování součástí prací pro Labe a přístav Hamburk, největší německý přístav; Rotterdam, největší evropský přístav; a korejský Busan Port, mezi ostatními.
Účinek na některých místech je pozvat do oceánu a vystavit města desítky kilometrů proti proudu extrémním přílivům a záplavám. Jak však může prohloubení kanálu zvýšit přílivový rozsah, a tím pádem bouřkový nárůst a záplavy? Existují dva primární faktory.
Bagrování vyhlazuje dno kanálu a odstraňuje přírodní překážky, jako jsou duny, skály, trávy a ústřice, které brání toku, a přeměňuje jej z hrubé terénní stezky na úhlednou dráhu NASCAR. Bez tohoto tažení na proudu vody se ztrácí méně energie, což zvyšuje příliv a odliv bouřek. Prohloubení kanálů také snižuje účinky turbulence. Pomalu se pohybující voda na dně se nemíchá tolik s rychlejším pohybem vody blízko povrchu (pomysli na staré přísloví, že voda stále teče hluboko), takže povrchové vody se v podstatě bruslí, aniž by se téměř zpomalily.
Talke a jeho kolegové také zjistili, že opak prohlubování kanálu může být pravdivý. V dokumentu z roku 2015 modelovali účinek mělkého New Yorku na Jamajském zálivu a zjistili, že obnovení kanálu do přirozené historické hloubky by snížilo přílivový rozsah a nárůst bouře.
"Přímé inženýrské zásahy a úpravy našich pobřeží a ústí řek a přístavů mohou mít velký účinek, " říká Talke. "Můžeme vlastně měnit fyziku systému."
Geopoty 14, vlečné bagrové sací násypky, zvedají svůj výložník z kanálu v Nizozemsku. Loď se může hloubit do hloubky 33, 8 metrů a ještě hlouběji s prodloužením. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Navzdory obecným trendům je každé místo jiné. Každá bouře je jiná. Prohloubení kanálů například snižuje účinek větru, který přivádí vodu do ústí. Prohloubení kanálů na některých místech nemusí mít žádný účinek nebo může dokonce zmírnit nárůst bouřek a záplav. Zdá se, že se zdá, že se něco zdá v případě Portlandu, Oregonu a Albany v New Yorku. V těchto lokalitách mělo snížení svahu řek způsobené bagrováním kanálů větší vliv než prohlubování kanálů.
Ale v Jacksonville byly plány na zvýšení hloubky kanálu na 47 stop kontroverzní po povodních během hurikánu Irma, bouře kategorie 1 v roce 2017, která dosáhla historických úrovní nárůstu, přestože k nim došlo během odlivu. Místní ekologická skupina, St. Johns Riverkeeper, zažalovala zastavení bagrování. Během posledních 120 let byl kanál v řece St. Johns, který se zužuje, když se vlní skrz centrum 26 mil od oceánu, vytěžen do hloubky 41 stop od 18 stop. Stejně jako Wilmington se prohloubení kanálů a zefektivnění řeky téměř zdvojnásobilo přílivové pásmo kolem Jacksonville, podle Talkeho.
Carl Friedrichs, předseda katedry fyzikálních věd na Virginia Institute of Marine Science, který je součástí College of William & Mary, říká, že Talke byl lídrem v používání historických přílivových záznamů pro zkoumání změn v pobřežních systémech. „Práce, kterou jsem viděl, na mě velmi zapůsobila, “ říká Friedrichs. "Jedním z témat jeho práce, které je skutečně elegantní, je, že popisuje neočekávané nelineární zpětné vazby, kde si myslíte, že se děje jedna věc, ale děje se kaskáda dalších věcí."
Například prohloubení kanálů vede k usazování sedimentů na nečekaných místech, doslova bahnité vody a také zvyšuje pronikání slané vody do sladkovodních řek, což má kaskádové účinky. Christopher Sommerfield, pobřežní oceánograf a geolog na University of Delaware, publikoval články s Talkem a dalšími v Newark Bay a Delaware Bay. V ústí řeky Delaware, Sommerfield říká, prohlubování kanálů zvýšilo vzestup slanosti blíže k Philadelphii a Trentonu. Jak se slaná linie plazí proti proudu, nejen mění mořský život, ale ohrožuje také zásobování sladkou vodou pro Philadelphii (řeka Delaware), jakož i pro průmyslová odvětví, která používají vodu (slaná voda je značně korozivní). Kromě toho Sommerfield říká, že údržba bagrování odstraňuje sediment, který kdysi vytvořil bahna a močály podél řeky - důležité rysy v tlumení energie vln.
Talke a jeho spoluautoři v nedávné práci tvrdí, že zranitelná pobřežní společenství mohou podceňovat kombinovaný dopad změn přílivu bouřek, vlnové síly, ztráty mokřadů a zvýšení hladiny moře. "Myslím, že lidé začínají ladit s tím, že nemáte jen příliv sám o sobě, a vy nemáte bouřkový nárůst sám o sobě, nebo si sami nezvýšíte hladinu moře, " říká. „Nemůžete se všemi zacházet samostatně, přidávat je a zvyšovat riziko. Musíte je zvážit společně.“
Pro Talke je nyní otázkou, jak mohou tyto stopy, které byly kdysi zahaleny minulostí, utvářet bezpečnější budoucnost. „Tento variabilní efekt máte, pokud existují, v jistém smyslu, vítězové a poražení. Existují některá místa, jako je Albany, která vidí pokles rizika, a tam jsou místa, která vidí velké zvýšení rizika, “ říká. „Obávám se, že jsme to úplně nezkoumali, takže nevíme, které regiony budou zasaženy více a které regiony budou trochu více chráněny.
„Učením se z minulosti, “ dodává Talke, „se můžeme lépe připravit na budoucnost.“
