Papirna drsela, široka 13 centimetrov, se je raztezala na 60 čevljev, tako da je Stefan Talke sestavil mize v Nacionalnem arhivu, da je odvil listje tikvic, ki so zasledili porast in padec plimovanja pred državljansko vojno. "Bilo je fantastično, " se spominja. "Predvideval sem, da so vsi zapisi izgubljeni, in tukaj sem s ključi palače."
Zapisi so ključni ne le za razumevanje preteklosti, ampak tudi za prihodnost, s katero se soočajo mesta, kot so Wilmington, Severna Karolina; Jacksonville, Florida; Jamajki zaliv, New York in druga pristanišča po državi. Talke in njegovi sodelavci so vzpodbujali te zapise o plimovanju in ustvarili računalniške modele, ki prikazujejo, kako lahko poglabljanje kanalov za namestitev tovornih ladij povzroči večje plime in močno poveča poplave zaradi nevihtnih sunkov v nekaterih mestih.
Drsni zapisi tistega leta 2011 so bili iz Astrije, Oregon, na reki Columbia v bližini, kjer je Talke izredni profesor za okoljsko inženirstvo na Portland State University, ki preučuje hidrodinamiko ustja, rek in oceanov. V naslednjih nekaj letih so Talke in njegovi sodelavci odkrili več izgubljenih pripovedk, ki pokrivajo New York, Severno Karolino, Massachusetts, Florida, Delaware, Virginia in druga obalna območja. Vsakokrat so posneli zapise in se vrnili v zvezno državo Portland, kjer so Talkeovi učenci tekom 19. stoletja skrbno prenašali podatke v digitalno bazo podatkov o plimovanju. Najstarejši zapisi iz Bostona so bili v 1820-ih, desetletja starejši od prej na voljo.
Zemljevid ameriške obale in geodetskega raziskovanja reke St. John iz leta 1899. Jacksonville je majhno mestece na levi strani slike. V bližini točke Dame so kanal leta 1894 izkopali na 18 čevljev (Talke idr.) Talke je združil staromodno usnjanje z visokotehnološkim modeliranjem, da bi preučil spremembe ustja, povezanih z izkopavanjem, ki se je začelo pred približno 150 leti v pristaniških mestih. Spraševal se je, ali bo našel učinke, podobne tistim, ki jih je odkril med podoktorskim projektom, ki preučuje ustje reke Ems na meji Nemčije in Nizozemske. V Evropi je skušal razložiti, zakaj je prišlo do dramatičnega povečanja koncentracije usedlin, kar je privedlo do širokega izčrpavanja kisika in ekološke katastrofe. Tam se je naučil, da se je plimovanje preusmerilo in se v nekaj desetletjih skoraj podvojilo. Zakaj? Poglobitev, racionalizacija in razširitev ladijskega kanala sčasoma je povzročila dramatično spremembo hidrodinamike ustja.
Nekatera pristaniška mesta ob ameriških obalah kažejo podobne rezultate kot ustje reke Ems, čeprav Talke opozarja, da je vsak ustje različen. Na nekaj mestih so ugotovili, da poglabljanje kanalov zmanjšuje nevarnost poplave. V drugih so spremembe v več kot stoletju dramatične in podvojile načrtovano višino neurja, daleč nad višino morske gladine, povečano intenzivnostjo neurja in drugimi dejavniki. Zdi se, da učinki najbolj škodujejo pred in ob obali - tam, kjer ljudje menijo, da imajo manjše tveganje.
Ključne pri teh ugotovitvah so zgodovinski zapisi, ki jih je Talke odkril. Raziskovalcem so omogočili, da spremenijo običajno vlogo računalniških modelov - napovedujejo prihodnost - in potujejo nazaj v čas, da bi pregledali, kako se obnašajo ustja in reke pred poglabljanjem kanalov. Ko njihovi modeli reproducirajo zgodovinske plime, ki jih je Talkejeva ekipa našla v papirnatih zapisih, jim daje zaupanje, da so modeli pravilni.
"To je čista uporaba arhivskih zapisov, ki lahko reši pomembne težave, ki so ostale neopažene, in daje tudi vpogled v to, kako občutljiv je sistem, kot je ustje, na spreminjajoče se pogoje, " pravi Talke. "V več kot stoletnem časovnem okviru smo močno spremenili podvodno topografijo svojih pristanišč in ustnic. Dobesedno smo premaknili gore umazanije, eksplodirali morja, poravnali doline in ustvarili nadmorske poti za nadvse velike ladje. Te spremembe naša pristanišča so povsod po svetu z učinki, ki jih v mnogih primerih nismo v celoti upoštevali ali celo preslikali. "
Eden izmed teh krajev je Wilmington v Severni Karolini, kjer je v državi največ poplav sončnega dne - v zadnjem času več kot 80 dni na leto. Razprave, ki jih je Talke ugotovil iz leta 1887, kažejo, da se je obseg plimovanja v Wilmingtonu v zadnjih 130 letih podvojil, kar je bistveno spremenilo pogostost tako imenovanih neprijetnih poplav.
V bližini obale se je plimovanje le rahlo povečalo, kar je znak, da so spremembe posledica rečne umetne spremembe. S pomočjo računalniškega modeliranja je Talke in študent Ramin Familkhalili ugotovil, da se je najslabši nevihtni vihar, ki se pričakuje od orkana kategorije 5, povečal na 18 čevljev, od 12 čevljev v 19. stoletju, ko so bili kanali okoli Wilmingtona polovico današnje globine .
Kontejnerska ladja gre blizu otoka Bald Head, NC, v četrtek, 8. avgusta 2013., do pristanišča Wilmington (AP Photo / Harry Hamburg) Orkan Florence je mesto poplavil septembra. "Mislim, da lahko rečete, da so del poplave najverjetneje povzročile spremembe v sistemu, " pravi Talke. Ugotavlja, da je Wilmington imel korist od tega, da je bil na orkanu s vetrovi, ki pihajo na morju, kar je ublažilo nevihtno neurje. Za popolno razumevanje, dodaja, bi morali raziskovalci narediti celovit model, ki vključuje padavine in vetrno polje.
Ko so kontejnerske ladje postale vedno večje, spodbudile poglobitev Panamskega prekopa, so pristanišča po vsem svetu izkopavala kanale vedno globlje - do 50 čevljev ali več za pristanišča New York, Baltimore, Norfolk, Charleston in Miami. Študije izvedljivosti teh projektov, vključno z analizami inženirskega korpusa vojske, preučujejo gospodarske možnosti in nekatere vplive na okolje, vendar so opustile učinek poglabljanja kanalov na spremembe plimovanja, poplave in neurja. Projekti strjevanja dna so po vsem svetu v teku na reki Elbe in pristanišču Hamburg, največjem nemškem pristanišču; Rotterdam, največje evropsko pristanišče; med drugim v Koreji in pristanišče Busan.
Posledica tega je, da so ponekod povabili v ocean in mesta izlivali na deset kilometrov navzgor proti izlivu plimovanja in poplav. Toda kako lahko poglabljanje kanalov poveča območje plimovanja in zato neurja in poplave? Obstajata dva glavna dejavnika.
Z izkopavanjem se zgladi dno kanala in se odstranijo naravne ovire, kot so sipine, skale, trave in ostrige, ki preprečujejo pretok, ki ga iz grobe terenske poti spremenijo v gladek NASCAR dirkališče. Brez tega zaviranja vode se izgubi manj energije, kar poveča prihajajočo plimovanje in nevihte. Poglobitev kanalov zmanjšuje tudi učinke turbulenc. Počasi premikajoča se voda na dnu se ne meša toliko s hitro premikajočo se vodo v bližini (pomislite na stari rek, da vode še vedno tečejo globoko), zato površinske vode v bistvu drsijo, ne da bi jih upočasnili skoraj toliko.
Talke in njegovi sodelavci so tudi ugotovili, da je obratno poglabljanje kanalov morda res. V prispevku iz leta 2015 so modelirali učinek plitvine newyorškega zaliva Jamajke in odkrili, da bi obnavljanje kanala v naravne, zgodovinske globine zmanjšalo območje plimovanja in nevihtno neurje.
"Neposredni inženirski posegi in spremembe naših obalnih linij in ustja in pristanišč lahko imajo velik učinek, " pravi Talke. "Morda dejansko spreminjamo fiziko sistema."
Geopotes 14, vrtalni bager s sesalnim rezervoarjem, dviga puško iz kanala na Nizozemskem. Ladja lahko izkoplje do globine 33, 8 metra, še globlje pa s podaljškom. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Kljub splošnim trendom je vsaka lokacija drugačna. Vsaka nevihta je drugačna. Poglobitev kanalov na primer zmanjšuje učinek vetrov, ki vodijo vodo do ustja. Poglobitev kanalov na nekaterih mestih morda nima nobenega učinka ali celo ublaži neurje in poplave, kar se zdi, da raziskovalci kažejo v Portlandu, Oregonu in Albanyju v New Yorku. Na teh lokacijah je imelo zmanjšanje naklona rek, ki ga je povzročilo izkopavanje kanalov, večji vpliv kot poglabljanje kanalov.
Toda v Jacksonvillu so načrti za povečanje globine kanala na 47 čevljev sporni po poplavah med orkanom Irma, viharjem kategorije 1 v letu 2017, ki je dosegel zgodovinsko višino, čeprav se je zgodil med plimovanjem. Lokalna okoljska skupina St. Johnns Riverkeeper je tožila, da je ustavila izkopavanje. V zadnjih 120 letih je bil kanal v reki St. Johns, ki se zoži, ko se vozi skozi središče mesta 26 kilometrov od oceana, do 18 metrov globoko izkopan. Kot je povedal Wilmington, je tudi poglabljanje in racionalizacija reke skoraj podvojilo območje plimovanja okoli Jacksonvilleja, pravi Talke.
Carl Friedrichs, predstojnik oddelka za fizikalne vede na Virginijskem inštitutu za pomorstvo, del kolidža Williama in Marije, pravi, da je Talke vodil pri uporabi zgodovinskih zapisov o plimovanju za preučevanje sprememb obalnih sistemov. "Bil sem zelo navdušen nad delom, ki sem ga videl, " pravi Friedrichs. "Ena izmed tem njegovega dela, ki je zelo čedna, je ta, da opisuje nepričakovane nelinearne povratne informacije, pri katerih misliš, da se dogaja ena stvar, vendar se dogaja kaskada drugih stvari."
Poglobitev kanalov na primer vodi v to, da se sediment premakne na nepričakovana mesta, ki dobesedno zamakne vode, poleg tega pa poveča vdor slane vode v sladkovodne reke, kar ima kaskadne učinke. Christopher Sommerfield, obalni oceanograf in geolog z univerze v Delawareu, je skupaj s Talkeom in drugimi objavljal prispevke o Newark Bayu in Delaware Bayu. V ustju Delawarea, pravi Sommerfield, je poglabljanje kanalov povečalo porast slanosti bližje Filadelfiji in Trentonu. Ko se solna cev dviga navzgor, ne samo, da spremeni morsko življenje, ampak ogroža oskrbo s sladko vodo za Filadelfijo (reka Delaware), pa tudi za industrije, ki uporabljajo vodo (slana voda je drago jedka). Poleg tega Sommerfield pravi, da vzdrževalna drenaža odstranjuje usedline, ki so nekoč ustvarile blatnike in močvirja ob reki - pomembne lastnosti vlažne energije valov.
V nedavnem članku Talke in njegovi sodelavci trdijo, da ranljive obalne skupnosti morda podcenjujejo kombinirani vpliv sprememb nevihtnih plimovanj, moči valov, izgube mokrišč in dviga gladine morja. "Mislim, da se ljudje začenjajo obremenjevati z dejstvom, da nimate samo plimovanja samega po sebi in nimate neurja samega sebe ali pa se sama gladina dvigne, " pravi. "Ne morete jih zdraviti samostojno, vse to dodajte in spremenite tveganje. Upoštevati jih morate skupaj."
Za Talke je zdaj vprašanje, kako lahko tisti namigi, ki jih je nekoč zasula preteklost, oblikujejo varnejšo prihodnost. "Ta spremenljiv učinek imate tam, kjer so na nek način zmagovalci in poraženci. Obstajajo nekateri kraji, kot je Albany, ki vidijo zmanjšanje tveganja, nekaj pa je tudi večjega tveganja, " pravi. "Skrbi me to, da tega v resnici nismo raziskali v celoti, zato ne vemo, katere regije bodo bolj prizadete in katere so bolj zaščitene.
"Če se učimo iz preteklosti, " doda Talke, "se lahko bolje pripravimo na prihodnost."
