Skrol kertas, 13 inci lebar, menjangkau hingga 60 kaki panjang, jadi Stefan Talke menarik meja di dalam Arkib Negara untuk membongkar lembaran-lembaran yang mengejar kenaikan dan penurunan air pasang sebelum Perang Saudara. "Ia hebat, " katanya. "Saya menganggap semua rekod ini hilang, dan di sini saya dengan kunci kepada istana."
Rekod adalah kunci bukan sahaja untuk memahami masa lalu, tetapi untuk masa hadapan menghadapi bandar-bandar seperti Wilmington, North Carolina; Jacksonville, Florida; Jamaica Bay, New York, dan pelabuhan lain di seluruh negara. Didorong oleh rekod-rekod pasang surut ini, Talke dan rakan-rakannya telah mencipta model komputer yang memperlihatkan bagaimana saluran mendalam untuk menampung kapal kargo boleh menyebabkan gelombang air yang lebih tinggi dan peningkatan banjir secara mendadak daripada lonjakan ribut di beberapa bandar.
Skrol rekod hari itu pada tahun 2011 adalah dari Astoria, Oregon, di Sungai Columbia di mana Talke adalah profesor kejuruteraan persekitaran di Portland State University yang mengkaji hidrodinamika estuari, sungai dan lautan. Dalam beberapa tahun akan datang, Talke dan rakan-rakannya telah menemui lebih banyak kisah pasang surut yang merangkumi New York, North Carolina, Massachusetts, Florida, Delaware, Virginia dan kawasan pesisiran lain. Setiap kali, mereka mengambil gambar rekod dan kembali ke Negeri Portland, di mana pelajar Talke dengan sungguh-sungguh memindahkan maklumat itu ke dalam pangkalan data digital maklumat tolong pasang surut sepanjang abad ke-19. Rekod-rekod terawal yang bertarikh Boston pada tahun 1820-an, lebih lama berabad-abad daripada yang sedia ada sebelumnya.
Peta Pantai dan Geodetik Amerika Syarikat St. John River, dari tahun 1899. Jacksonville adalah bandar kecil di sebelah kiri imej. Berhampiran Dame Point, saluran itu dikorek hingga 18 kaki pada tahun 1894. (Talke et al.) Talke menggabungkan sleuthing kuno dengan pemodelan berteknologi tinggi untuk memeriksa perubahan di estuari yang berkaitan dengan pengorekan yang bermula kira-kira 150 tahun yang lalu di bandar-bandar pelabuhan. Dia tertanya-tanya sama ada dia akan menemui kesan yang serupa dengan apa yang ditemui semasa projek pasca kedoktoran mengkaji muara Sungai Ems di sempadan Jerman dan Belanda. Di Eropah, dia berusaha untuk menjelaskan mengapa peningkatan dramatik dalam kepekatan sedimen telah berlaku, yang mengakibatkan pengurangan oksigen yang meluas dan bencana ekologi. Apa yang dia pelajari di sana ialah pasang surut telah beralih, hampir dua kali ganda dalam beberapa dekad. Mengapa? Memperdalam, memperkemaskan dan meluaskan saluran perkapalan dari masa ke masa telah menyebabkan perubahan dramatik dalam hidrodinamik muara.
Beberapa bandar pelabuhan di sepanjang pantai AS menunjukkan hasil yang sama ke muara Sungai Ems, walaupun Talke memberi amaran bahawa setiap muara adalah berbeza. Dalam beberapa tempat, dia mendapati pengaliran saluran telah mengurangkan risiko banjir. Di lain-lain, perubahan lebih daripada satu abad telah menjadi dramatik, menggandakan ketinggian yang dijangkakan kenaikan ribut, jauh melebihi kenaikan paras laut, peningkatan intensiti ribut dan faktor lain mungkin menunjukkan. Kesan, nampaknya, adalah yang paling merosakkan hulu dan jauh dari pantai-di tempat-tempat di mana orang menganggap mereka mempunyai risiko yang kurang.
Kunci kepada penemuan ini adalah rekod sejarah yang Talke ditemui. Mereka telah membenarkan para penyelidik untuk memainkan peranan biasa model komputer-meramalkan masa depan-dan perjalanan kembali ke masa untuk mengkaji bagaimana estuari dan sungai berkelakuan sebelum saluran memperdalam. Apabila model mereka membiak pasang surut sejarah bahawa pasukan Talke ditemui dalam rekod kertas, ia memberi mereka keyakinan bahawa model adalah betul.
"Ini adalah penggunaan rekod arkib yang kemas yang dapat menangani masalah penting yang tidak disedari dan juga memberi gambaran tentang bagaimana sistem sensitif seperti muara adalah untuk mengubah keadaan, " kata Talke. "Selama lebih daripada satu abad, kami telah mengubah topografi bawah laut ke pelabuhan dan muara kami dengan betul. Kami telah berpindah gunung gunung, melancarkan gunung laut, lembah yang diluruskan dan mencipta superhighways untuk kapal-kapal besar yang besar. pelabuhan kami di mana-mana di seluruh dunia dengan kesan-kesan yang kami tidak dapat dipertimbangkan sepenuhnya atau dipetakan, dalam banyak kes. "
Salah satu daripada tempat itu ialah Wilmington, North Carolina, yang mempunyai salah satu kejadian paling teruk pada hari yang cerah di negara ini-lebih daripada 80 hari setahun baru-baru ini. Pembacaan Talke yang ditemui pada tahun 1887 menunjukkan bahawa jumlah pasang surut di Wilmington telah meningkat dua kali ganda dalam tempoh 130 tahun yang lalu, dengan ketara mengubah kekerapan banjir nuisance yang dipanggil.
Di dekat pantai, pasang surut telah meningkat hanya sedikit - satu tanda bahawa perubahan itu didorong oleh perubahan tiruan ke sungai. Menggunakan pemodelan komputer, Talke dan pelajar, Ramin Familkhalili, menentukan bahawa kenaikan badai kes yang paling buruk yang dijangka daripada taufan Kategori 5 telah meningkat kepada 18 kaki, naik dari 12 kaki pada abad ke-19, apabila saluran sekitar Wilmington adalah kedalaman setengah hari ini .
Kapal bekas melepasi Pulau Bald Head, NC, dalam perjalanan ke pelabuhan Wilmington pada hari Khamis, 8 Ogos 2013. (AP Photo / Harry Hamburg) Badai Florence membanjiri bandar itu pada bulan September. "Saya fikir anda boleh mengatakan sebahagian daripada banjir kemungkinan besar disebabkan oleh perubahan sistem, " kata Talke. Dia menyatakan bahawa Wilmington mendapat manfaat daripada berada di samping badai dengan angin bertiup di luar pesisir, melembapkan gelombang badai. Untuk memahami sepenuhnya, beliau menambah, penyelidik perlu melakukan model berskala penuh termasuk hujan dan medan angin.
Apabila kapal-kapal kontena berkembang menjadi lebih besar, didorong oleh pendalaman Terusan Panama, pelabuhan di seluruh dunia telah mengorek saluran yang lebih mendalam hingga 50 kaki atau lebih untuk pelabuhan New York, Baltimore, Norfolk, Charleston dan Miami. Kajian kebolehlaksanaan untuk projek-projek itu, termasuk analisis oleh Kor Jurutera Jurutera, mengkaji prospek ekonomi dan beberapa kesan alam sekitar tetapi telah menolak kesan saluran mendalam perubahan gelombang air, banjir dan lonjakan ribut. Di peringkat global, projek pengerukan adalah dalam kerja-kerja untuk Sungai Elbe dan pelabuhan Hamburg, pelabuhan terbesar di Jerman; Rotterdam, pelabuhan terbesar di Eropah; dan Pelabuhan Busan Korea, antara lain.
Kesan di beberapa tempat telah dijemput di lautan dan mendedahkan bandar-bandar berpuluh-puluh batu ke hulu ke pasang surut dan banjir. Tetapi bagaimana boleh menyalurkan peningkatan mendapan pasang surut dan oleh itu lonjakan ribut dan banjir? Terdapat dua faktor utama.
Pengorekan merapikan bahagian bawah saluran, menghilangkan halangan semulajadi seperti bukit-bukit pasir, batu, rumput dan tiram yang menghalang aliran, mengubahnya dari laluan luar jalan yang kasar menjadi racun NASCAR yang licin. Tanpa menyeret aliran air, tenaga kurang hilang, meningkatkan arus pasang surut dan ribut. Saluran mendalam juga mengurangkan kesan pergolakan. Air yang bergerak perlahan di bahagian bawah tidak bercampur-campur dengan air bergerak yang lebih pantas di dekat permukaan (fikir pepatah lama bahawa masih perairan berjalan mendalam), sehingga perairan permukaan pada dasarnya meluncur tanpa perlahan hampir sama.
Talke dan rakan-rakannya juga mendapati bahawa pembalikan saluran mendalam mungkin benar. Dalam kertas 2015, mereka memodelkan kesan Jamaica Bay New York dan mendapati bahawa memulihkan saluran ke alam semula jadi, kedalaman sejarah akan mengurangkan jurang surut dan ribut.
"Intervensi kejuruteraan langsung dan pengubahsuaian ke pantai dan estuari dan pelabuhan boleh memberi kesan yang besar, " kata Talke. "Kami mungkin sebenarnya mengubah fizik sistem itu."
Geopot 14, penyusup kapal penyapu sedutan, mengangkat boomnya keluar dari terusan di Belanda. Kapal itu boleh mengorek ke kedalaman 33.8 meter, dan bahkan lebih dalam dengan lanjutan. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Walaupun tren umum, setiap lokasi berbeza. Setiap ribut berbeza. Sebagai pergerakan, misalnya, mengurangkan kesan angin yang memancarkan air ke muara. Saluran mendalam di sesetengah tempat mungkin tidak memberi kesan atau bahkan dapat meredakan lonjakan ribut dan banjir, kata penyelidik yang mengatakan terdapat kes di Portland, Oregon, dan Albany, New York. Di lokasi tersebut, penurunan cerun sungai yang disebabkan oleh pengerukan saluran mempunyai pengaruh yang lebih besar daripada pengaliran saluran.
Tetapi di Jacksonville, rancangan untuk meningkatkan kedalaman saluran ke 47 kaki telah menjadi kontroversi selepas banjir semasa Badai Irma, badai Kategori 1 pada tahun 2017 yang mencapai paras lonjakan bersejarah walaupun berlaku semasa air surut. Kumpulan alam sekitar tempatan, St Johns Riverkeeper, telah menyaman untuk menghentikan pengerukan. Dalam tempoh 120 tahun yang lalu, saluran di Sungai St. Johns, yang sempit kerana ia mengepung melalui pusat bandar 26 batu dari lautan, telah dikorek ke kedalaman 41 kaki dari 18 kaki. Seperti Wilmington, saluran memperdalam dan menyelaraskan sungai telah hampir menggandakan julat pasang surut di sekitar Jacksonville, menurut Talke.
Carl Friedrichs, ketua Jabatan Sains Fizikal di Virginia Institute of Marine Science, sebahagian daripada Kolej William & Mary, berkata Talke telah menjadi pemimpin dalam menggunakan rekod pasang surut bersejarah untuk memeriksa perubahan dalam sistem pesisiran pantai. "Saya sangat kagum dengan kerja yang saya lihat, " kata Friedrichs. "Salah satu tema karyanya yang benar-benar kemas adalah dia menggambarkan maklum balas tidak linear yang tidak dijangka, di mana anda berfikir satu perkara sedang berlaku, tetapi ada satu perkara lain yang berlaku."
Saluran mendalam, contohnya, membawa kepada sedimen berpindah ke tempat-tempat yang tidak dijangka, secara amnya merendam perairan, dan juga meningkatkan pencerobohan air masin ke dalam sungai-sungai air tawar, yang mempunyai kesan cascading. Christopher Sommerfield, ahli laut dan ahli geologi pantai di Universiti Delaware, telah menerbitkan makalah dengan Talke dan lain-lain di Newark Bay dan Delaware Bay. Di muara Delaware, Sommerfield mengatakan, saluran mendalam telah meningkatkan salin ke atas lebih dekat ke Philadelphia dan Trenton. Oleh kerana garisan garam merebak ke hulu, ia bukan sahaja mengubah kehidupan marin tetapi mengancam bekalan air tawar untuk Philadelphia (Sungai Delaware) dan juga industri yang menggunakan air (air asin secara besar-besaran menghakis). Di samping itu, Sommerfield mengatakan pengorekan penyelenggaraan menghilangkan sedimen yang pernah mencipta mudflats dan rawa di sepanjang ciri-ciri sungai yang penting dalam melambatkan tenaga gelombang.
Dalam makalah baru-baru ini, Talke dan rakan-rakan penulisnya berpendapat bahawa masyarakat pesisir yang terdedah boleh meremehkan kesan gabungan perubahan pasang surut, kekuatan gelombang, kehilangan tanah lembap dan kenaikan paras laut. "Saya fikir orang mula mengasah pada hakikat bahawa anda tidak hanya mempunyai arus dengan sendirinya, dan anda tidak mempunyai lonjakan ribut dengan sendirinya atau kenaikan paras laut dengan sendirinya, " katanya. "Anda tidak boleh memperlakukan mereka semua secara mandiri, menambah semuanya, dan mendapatkan perubahan dalam risiko. Anda harus mempertimbangkannya secara bersama."
Untuk Talke, persoalannya sekarang ialah bagaimana petunjuk-petunjuk yang pernah diselubungi oleh masa lalu dapat membentuk masa depan yang lebih selamat. "Anda mempunyai kesan pembolehubah ini di mana ada, dalam erti kata, pemenang dan rugi. Ada beberapa tempat seperti Albany yang melihat penurunan risiko, dan ada beberapa tempat yang melihat peningkatan besar dalam risiko, " katanya. "Apa yang saya bimbang adalah kita benar-benar tidak menyiasat sepenuhnya ini, jadi kita tidak tahu kawasan mana yang akan lebih memberi kesan dan kawasan mana yang lebih dilindungi.
"Dengan belajar dari masa lalu, " tambah Talke, "kami dapat menyediakan lebih baik untuk masa depan."
