Το χαρτί κύλισης, πλάτους 13 ίντσες, τεντωμένο σε μήκος 60 πόδια, έτσι ώστε ο Στέφαν Τάλκε να συγκεντρώσει τραπέζια μέσα στο Εθνικό Αρχείο για να ξεδιπλώσει τα φύλλα των σκαντζόχοιρων που ανιχνεύουν την άνοδο και την πτώση των παλιρροιών που χρονολογούνται πριν από τον εμφύλιο πόλεμο. "Ήταν φανταστικό", θυμάται. "Υποθέτω ότι όλα αυτά τα αρχεία ήταν όλα χαμένα, και εδώ είμαι με τα κλειδιά για το παλάτι."
Τα αρχεία είναι κλειδιά όχι μόνο για την κατανόηση του παρελθόντος, αλλά και για το μέλλον που αντιμετωπίζει πόλεις όπως το Wilmington, Βόρεια Καρολίνα. Jacksonville, Φλόριντα. Τον κόλπο της Τζαμάικα, τη Νέα Υόρκη και άλλους λιμένες της χώρας. Ο Talke και οι συνάδελφοί του δημιούργησαν μοντέλα υπολογιστών που δείχνουν πως η εμβάθυνση των καναλιών για την εξυπηρέτηση των φορτηγών πλοίων μπορεί να προκαλέσει μεγαλύτερες παλίρροιες και δραματικά αυξανόμενες πλημμύρες από κύμα καταιγίδων σε ορισμένες πόλεις.
Οι κύλινδροι των ρεκόρ εκείνης της ημέρας το 2011 ήταν από την Astoria του Όρεγκον στον ποταμό Κολούμπια, κοντά στο οποίο ο Τάλκε είναι αναπληρωτής καθηγητής περιβαλλοντικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Πόρτλαντ μελετώντας την υδροδυναμική των εκβολών ποταμών και των ωκεανών. Τα επόμενα χρόνια, ο Talke και οι συνάδελφοί του αποκάλυψαν περισσότερες παλιές παρατραβηγμένες ιστορίες που κάλυπταν τη Νέα Υόρκη, τη Βόρεια Καρολίνα, τη Μασαχουσέτη, τη Φλόριντα, το Ντελαγουέρ, τη Βιρτζίνια και άλλες παράκτιες περιοχές. Κάθε φορά, πήραν φωτογραφίες από τα αρχεία και επέστρεψαν στο κράτος του Portland, όπου οι φοιτητές του Talke μετέφεραν με πάθος τις πληροφορίες σε μια ψηφιακή βάση δεδομένων πληροφοριών παλιρροϊκού μετρητή καθ 'όλη τη διάρκεια του 19ου αιώνα. Τα πρώτα αρχεία που χρονολογούνται στη Βοστώνη στη δεκαετία του 1820, δεκαετίες μεγαλύτερα από αυτά που ήταν διαθέσιμα στο παρελθόν.
US Coast και Geodetic Survey Χάρτης του St. John River, από το 1899. Το Jacksonville είναι η μικρή πόλη στην αριστερή πλευρά της εικόνας. Κοντά στη Dame Point, το κανάλι βυθίστηκε σε 18 πόδια το 1894. (Talke et al.) Ο Τάλκε συνδύασε την παλιομοδίτικη συρροή με μοντέλα υψηλής τεχνολογίας για να εξετάσει τις αλλαγές στις εκβολές που σχετίζονται με την εκβάθυνση που ξεκίνησε πριν από περίπου 150 χρόνια στις λιμενικές πόλεις. Αναρωτιόταν αν θα μπορούσε να βρει αποτελέσματα παρόμοια με αυτά που αποκάλυψε κατά τη διάρκεια ενός μεταδιδακτορικού έργου που μελέτησε τις εκβολές του ποταμού Ems στα σύνορα της Γερμανίας και των Κάτω Χωρών. Στην Ευρώπη, επεδίωξε να εξηγήσει γιατί συνέβη μια δραματική αύξηση της συγκέντρωσης ιζημάτων, οδηγώντας σε εκτεταμένη εξάντληση του οξυγόνου και μια οικολογική καταστροφή. Αυτό που έμαθε εκεί ήταν ότι οι παλίρροιες είχαν μετατοπιστεί, σχεδόν διπλασιασμό σε ένα θέμα δεκαετιών. Γιατί; Η εμβάθυνση, ο εξορθολογισμός και η διεύρυνση του θαλάσσιου καναλιού με την πάροδο του χρόνου είχε προκαλέσει δραματική αλλαγή στην υδροδυναμική της εκβολής.
Ορισμένες λιμενικές πόλεις κατά μήκος των ακτών των ΗΠΑ παρουσιάζουν παρόμοια αποτελέσματα με τις εκβολές του ποταμού Ems, παρόλο που ο Talke προειδοποιεί ότι κάθε εκβολή είναι διαφορετική. Σε λίγα σημεία, βρήκε ότι η εμβάθυνση του καναλιού έχει μετριάσει τον κίνδυνο πλημμύρας. Σε άλλες, οι αλλαγές εδώ και πάνω από έναν αιώνα ήταν δραματικές, διπλασιάζοντας το προβαλλόμενο ύψος της απότομης καταιγίδας, πολύ πάνω από την άνοδο της στάθμης της θάλασσας, την αυξημένη ένταση της καταιγίδας και άλλους παράγοντες. Τα αποτελέσματα, όπως φαίνεται, είναι πιο καταστρεπτικά ανάντη και μακριά από τις ακτές - σε μέρη όπου οι άνθρωποι πιστεύουν ότι έχουν μικρότερο κίνδυνο.
Το κλειδί αυτών των ευρημάτων είναι τα ιστορικά αρχεία που αποκάλυψε ο Talke. Έχουν επιτρέψει στους ερευνητές να αντικαταστήσουν τον συνηθισμένο ρόλο των μοντέλων υπολογιστών - προβλέποντας το μέλλον - και να ταξιδέψουν πίσω στο χρόνο για να εξετάσουν πώς συμπεριφέρονται οι εκβολές ποταμών και τα ποτάμια πριν την εμβάθυνση του καναλιού. Όταν τα μοντέλα τους αναπαράγουν την ιστορική παλίρροια που η ομάδα του Talke βρήκε στα χαρτιά, τους δίνει την πεποίθηση ότι τα μοντέλα είναι σωστά.
"Αυτή είναι μια τακτική χρήση των αρχειακών αρχείων που μπορούν να αντιμετωπίσουν σημαντικά προβλήματα που έχουν περάσει απαρατήρητα, αλλά και να δώσουν μια εικόνα για το πόσο ευαίσθητο είναι ένα σύστημα όπως μια εκβολή στις μεταβαλλόμενες συνθήκες", λέει ο Talke. "Σε ένα χρονοδιάγραμμα περισσότερο από το αιώνα, έχουμε αλλάξει σημαντικά την υποθαλάσσια τοπογραφία των λιμανιών και των εκβολών μας. Έχουμε κυριολεκτικά μετακινήσει βουνά από βρωμιά, εξερράγησαν θαλάσσιες εκβολές, ισιώσανε κοιλάδες και δημιούργησαν υπεραγορές για υπερβολικά μεγάλα πλοία. τα λιμάνια μας είναι πανταχού παρόν σε όλο τον κόσμο με επιπτώσεις που δεν έχουμε εξετάσει πλήρως ή ακόμη και χαρτογραφήσει, σε πολλές περιπτώσεις. "
Ένα από αυτά τα μέρη είναι το Wilmington της Βόρειας Καρολίνας, το οποίο έχει ένα από τα υψηλότερα περιστατικά ηλιορροϊκών πλημμυρών στη χώρα - πάνω από 80 ημέρες το χρόνο πρόσφατα. Οι αναγνώσεις που διαπίστωσε ο Talke που χρονολογείται από το 1887 δείχνουν ότι η παλιρροιακή περιοχή στο Wilmington έχει διπλασιαστεί τα τελευταία 130 χρόνια, αλλάζοντας σημαντικά τη συχνότητα των αποκαλούμενων πλημμυρών.
Κοντά στην ακτή, οι παλίρροιες έχουν αυξηθεί μόνο ελαφρά - ένα σημάδι ότι οι αλλαγές οδηγούνται από τεχνητές μεταβολές στον ποταμό. Χρησιμοποιώντας τη μοντελοποίηση των υπολογιστών, ο Talke και ένας φοιτητής Ράμιν Φαμιλκαχαλίλι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η χειρότερη περίπτωση της καταιγίδας που αναμένεται από έναν τυφώνα της κατηγορίας 5 έχει αυξηθεί στα 18 πόδια, από τα 12 πόδια τον 19ο αιώνα, όταν τα κανάλια γύρω από τον Wilmington ήταν το μισό σημερινό βάθος .
Ένα πλοίο μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων περνά κοντά στο νησί Bald Head, NC, στο δρόμο προς το λιμάνι του Wilmington την Πέμπτη 8 Αυγούστου 2013. (AP Photo / Harry Hamburg) Ο τυφώνας Φλωρεντία πλημμύρισε την πόλη το Σεπτέμβριο. "Νομίζω ότι μπορείτε να πείτε ότι μέρος των πλημμυρών πιθανότατα προκλήθηκε από αλλαγές στο σύστημα", λέει ο Talke. Σημειώνει ότι ο Wilmington επωφελήθηκε από την ύπαρξη στην πλευρά του τυφώνα με ανέμους που πνέουν στην ανοικτή θάλασσα, μειώνοντας την αύξηση της καταιγίδας. Για να καταλάβει πλήρως, προσθέτει, οι ερευνητές θα πρέπει να κάνουν ένα μοντέλο πλήρους κλίμακας, συμπεριλαμβανομένων των βροχοπτώσεων και του ανέμου.
Δεδομένου ότι τα πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων έχουν γίνει όλο και μεγαλύτερα, τα οποία προωθούνται από την εμβάθυνση του καναλιού του Παναμά, τα λιμάνια σε όλο τον κόσμο έχουν εκσκαφεί κανάλια όλο και πιο βαθιά - στα 50 πόδια ή και περισσότερο στα λιμάνια της Νέας Υόρκης, της Βαλτιμόρης, του Norfolk, του Τσάρλεστον και του Μαϊάμι. Οι μελέτες σκοπιμότητας για τα έργα αυτά, συμπεριλαμβανομένων των αναλύσεων από το Σώμα των Μηχανικών του Στρατού, εξετάζουν τις οικονομικές προοπτικές και ορισμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις αλλά έχουν απορρίψει την επίδραση της εμβάθυνσης του καναλιού στις αλλαγές των παλίρροιας, τις πλημμύρες και την καταιγίδα. Σε παγκόσμιο επίπεδο, έργα βυθοκόρησης βρίσκονται στις εργασίες για τον ποταμό Έλβα και το λιμάνι του Αμβούργου, το μεγαλύτερο λιμάνι της Γερμανίας. Το Ρότερνταμ, το μεγαλύτερο λιμάνι της Ευρώπης. και το Λιμάνι Busan της Κορέας, μεταξύ άλλων.
Το αποτέλεσμα σε ορισμένα μέρη ήταν να προσκαλέσει στον ωκεανό και να εκθέσει πόλεις δεκάδες μίλια ανάντη σε ακραίες παλίρροιες και πλημμύρες. Αλλά πώς μπορεί το κανάλι να εμβαθύνει την αύξηση της παλιρροιακής εμβέλειας και συνεπώς να επιταχύνει τις πλημμύρες και τις πλημμύρες; Υπάρχουν δύο βασικοί παράγοντες.
Η βυθοκόρηση εξομαλύνει τον πυθμένα ενός καναλιού, εξαλείφοντας φυσικά εμπόδια όπως αμμόλοφους, πετρώματα, χορτάρια και στρείδια που εμποδίζουν τη ροή, μετατρέποντάς τα από ένα τραχύ μονοπάτι εκτός δρόμου σε ένα κλαταρισμένο ατρακτοναγωγό NASCAR. Χωρίς αυτή την αντίσταση στη ροή του νερού, χάνεται λιγότερη ενέργεια, αυξάνοντας την εισερχόμενη παλίρροια και τις καταιγίδες. Τα κανάλια εμβάπτισης επίσης μειώνουν τις επιδράσεις της αναταραχής. Το αργά μετακινούμενο νερό στο κάτω μέρος δεν αναμειγνύεται τόσο πολύ με το ταχύτερο κινούμενο νερό κοντά στην επιφάνεια (σκεφτείτε το παλιό ρητό ότι τα νερά τρέχουν βαθιά), έτσι τα επιφανειακά νερά ουσιαστικά σκιεροί χωρίς να επιβραδυνθούν σχεδόν εξίσου.
Ο Talke και οι συνάδελφοί του διαπίστωσαν επίσης ότι η αντίστροφη εμβάθυνση του καναλιού μπορεί να είναι αλήθεια. Σε ένα χαρτί του 2015, μοντελοποίησαν την επίδραση του ρηχόμενου κόλπου της Τζαμάικα της Νέας Υόρκης και ανακάλυψαν ότι η αποκατάσταση του καναλιού σε φυσικά, ιστορικά βάθη θα μείωνε την παλιρροιακή περιοχή και την καταιγίδα.
"Οι άμεσες παρεμβάσεις στον τομέα της μηχανικής και οι τροποποιήσεις στις ακτές και τις εκβολές των ποταμών και των λιμανιών μας μπορούν να έχουν μεγάλη επίδραση", λέει ο Talke. "Μπορούμε πραγματικά να αλλάξουμε τη φυσική του συστήματος."
Το Geopotes 14, ένα βυθοκόρο με βύσματα αναρρόφησης, ανασηκώνει την έκρηξη από ένα κανάλι στις Κάτω Χώρες. Το πλοίο μπορεί να εκσκαφεί σε βάθος 33, 8 μέτρων και ακόμη πιο βαθιά με επέκταση. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Παρά τις γενικές τάσεις, κάθε τοποθεσία είναι διαφορετική. Κάθε καταιγίδα είναι διαφορετική. Η εμβάθυνση του καναλιού, για παράδειγμα, μειώνει την επίδραση των ανέμων που οδηγούν το νερό σε μια εκβολή. Η εμβάθυνση των καναλιών σε ορισμένα μέρη μπορεί να μην έχει αποτέλεσμα ή ακόμα και να μετριάσει την έκρηξη καταιγίδων και τις πλημμύρες, κάτι που λένε οι ερευνητές στο Portland, στο Όρεγκον και στο Albany της Νέας Υόρκης. Στις περιοχές αυτές, η μείωση της κλίσης των ποταμών που προκλήθηκε από την εκβάθυνση των καναλιών είχε μεγαλύτερη επιρροή από την εμβάθυνση του καναλιού.
Αλλά στο Τζάκσονβιλ, σχεδιάζει να αυξήσει το βάθος του καναλιού στα 47 πόδια έχουν αμφισβητηθεί μετά από τις πλημμύρες κατά τη διάρκεια του τυφώνα Irma, μια καταιγίδα κατηγορίας 1 το 2017 που έφτασε τα ιστορικά επίπεδα της επιτάχυνσης, παρά την εμφάνιση κατά τη διάρκεια της παλίρροιας. Μια τοπική περιβαλλοντική ομάδα, ο ποταμός του Αγίου Ιωάννη, έχει εναχθεί για να σταματήσει την βυθοκόρηση. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων 120 ετών, το κανάλι στον ποταμό St. Johns, το οποίο στενεύει καθώς περπατάει στο κέντρο της πόλης, απέχει 26 μίλια από τον ωκεανό και έχει βυθιστεί σε βάθος 41 ποδιών από τα 18 πόδια. Όπως και ο Wilmington, η διεύρυνση του καναλιού και ο εξορθολογισμός του ποταμού έχει σχεδόν διπλασιαστεί στην περιοχή του Τζάκσονβιλ, σύμφωνα με τον Talke.
Ο Carl Friedrichs, πρόεδρος του Τμήματος Φυσικών Επιστημών στο Ινστιτούτο Θαλάσσιας Επιστήμης της Βιρτζίνια, μέρος του Κολλεγίου William & Mary, λέει ότι ο Talke είναι ηγέτης στη χρήση ιστορικών παλιρροϊκών αρχείων για την εξέταση αλλαγών στα παράκτια συστήματα. "Έχω εντυπωσιαστεί από το έργο που έχω δει", λέει ο Friedrichs. "Ένα από τα θέματα της δουλειάς του που είναι πραγματικά τακτοποιημένο είναι ότι περιγράφει απρόσμενες μη γραμμικές ανατροφοδοτήσεις, όπου νομίζετε ότι συμβαίνει ένα πράγμα, αλλά υπάρχει μια σειρά από άλλα πράγματα που συμβαίνουν".
Για παράδειγμα, τα κανάλια εμβάπτισης οδηγούν σε μετακίνηση ιζημάτων σε απροσδόκητα σημεία, κυριολεκτικά λασπώνοντας τα νερά και επίσης αυξάνουν την εισβολή αλμυρού νερού σε ποτάμια γλυκού νερού, τα οποία έχουν επικαλυπτικές επιπτώσεις. Ο Christopher Sommerfield, παραθαλάσσιος ωκεανογράφος και γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο του Delaware, έχει δημοσιεύσει εργασίες με τον Talke και άλλους στους κόλπους του Newark Bay και του Delaware Bay. Στις εκβολές του Delaware, λέει ο Sommerfield, η εμβάθυνση του καναλιού έχει αυξήσει την αλατότητα προς τα πάνω προς τη Φιλαδέλφεια και το Τρέντον. Καθώς η γραμμή άλατος σέρνει προς τα πάνω, δεν αλλάζει μόνο τη θαλάσσια ζωή, αλλά απειλεί την παροχή γλυκού νερού για τη Φιλαδέλφεια (ποταμό Delaware) καθώς και για βιομηχανίες που χρησιμοποιούν το νερό (το αλμυρό νερό είναι δαπανηρά διαβρωτικό). Επιπλέον, ο Sommerfield λέει ότι η βυθοκόρηση συντήρησης αφαιρεί τα ιζήματα που κάποτε δημιούργησαν λάσπες και έλη κατά μήκος των σημαντικών χαρακτηριστικών του ποταμού στην εξασθένηση της ενέργειας των κυμάτων.
Σε πρόσφατη δημοσίευσή του, ο Talke και οι συνάδελφοί του υποστηρίζουν ότι οι ευάλωτες παράκτιες κοινότητες ενδέχεται να υποτιμούν τον συνδυασμένο αντίκτυπο των αλλαγών στις παλίρροιες, την ένταση των κυμάτων, την απώλεια υγροτόπων και την άνοδο της στάθμης της θάλασσας. "Νομίζω ότι οι άνθρωποι αρχίζουν να επικεντρώνουν στο γεγονός ότι δεν έχετε μόνο μια παλίρροια από μόνη της, και δεν έχετε μια απότομη καταιγίδα από μόνη της ή να αυξηθεί η στάθμη της θάλασσας από μόνη της", λέει. "Δεν μπορείτε να τα αντιμετωπίζετε ανεξάρτητα, να τα προσθέτετε όλα και να αλλάζετε τον κίνδυνο. Πρέπει να τα εξετάσετε από κοινού".
Για τον Τάλκε, το ερώτημα είναι τώρα πώς οι ενδείξεις που κάποτε περικλείουν το παρελθόν μπορούν να διαμορφώσουν ένα ασφαλέστερο μέλλον. "Έχετε αυτό το μεταβλητό αποτέλεσμα όπου υπάρχουν, κατά μία έννοια, οι νικητές και οι ηττημένοι. Υπάρχουν μέρη όπως το Albany που βλέπουν μειώσεις στον κίνδυνο και υπάρχουν μερικές θέσεις που βλέπουν μια μεγάλη αύξηση του κινδύνου", λέει. "Αυτό που ανησυχώ είναι ότι πραγματικά δεν έχουμε διερευνήσει αυτό πλήρως, έτσι δεν ξέρουμε ποιες περιοχές θα επηρεαστούν περισσότερο και ποιες περιοχές είναι λίγο πιο προστατευμένες.
"Με τη μάθηση από το παρελθόν, " προσθέτει ο Talke, "μπορούμε να προετοιμαστούμε καλύτερα για το μέλλον."
