建了太多建筑，纽约市正在加速下沉

撰文 | 梅根・巴特尔（Meghan Bartels）

翻译 | 曾欣欣

编辑 | 二七

截至 2020 年，纽约市拥有 880 万人口，是目前美国人口最稠密的城市。为了容纳如此多人，住宅与商业建筑正逐年增加。5 月 8 日，一项发表于《地球的未来》（Earth’s Future）的新研究表明，100 多万座建筑的重量正使这片土地下沉，并导致相对海平面上升，从而加剧当地的洪涝风险。

哥伦比亚大学的地球物理学家杰克・奥斯特曼（Jacky Austermann，未参与这项研究）表示：“大多数人认为，是冰的融化导致全球海平面上升。但当我们讨论某一特定地点时，这只是这里相对海平面上升的一部分原因。”她表示，各种因素造成的陆地下沉，是另一个需要考虑的重要因素。奥斯特曼补充道：“如果你站在海岸线上，无论是陆地沉降还是海平面上升，都会导致洪涝灾害。”

模拟城市的重量

在这项新研究中，科学家试图了解城市本身的重量是如何导致相对海平面上升的，而纽约市恰好拥有很多值得研究的地方。“我们输入了这座城市所有建筑的重量，”该项研究的主要作者、美国地质调查局的地球物理学家汤姆・帕森斯（Tom Parsons）说道，“例如曼哈顿下城，我们就像在这里建造了一座山脉，所有建筑的重量都在将土地往下压。”

研究人员的第一步是分析城市的重量，这意味着他们要统计纽约市所有的建筑 ——5 个行政区的全部 1 084 954 栋建筑。帕森斯和同事在网格上绘制了这座城市的地图，然后查阅了包括城市中每栋建筑的占地面积和总高度的数据库。根据建筑规范，研究者估计了每个网格正方形的重量，并估算出纽约市所有建筑的总重量约为 7640 亿千克。帕森斯说：“这个重量不完全准确，但它让我们大致了解了建筑物的密集程度。”（为了简化计算，研究团队没有考虑地表其他交通基础设施的重量。）

接下来，研究人员绘制了纽约市的地质图。在曼哈顿中城等地区，地表以下较浅位置就是基岩，能被压缩的松散沉积物较少，因此，受重量影响的下沉幅度也较小。然而在布鲁克林南部海岸，这里依靠人工填土扩大了面积。但人工填土由多种材料组成，不像基岩那样致密和稳固，很容易受到上方压力的影响。在其他地区，地质情况介于两者之间。

研究人员将建筑分布和地质情况输入模型，以预测不同地质环境对上覆压力的反应，从而发现由于城市自身重量下沉格外严重的地区。

在模型结果的基础上，研究者还对比了卫星数据，以了解过去十年中整个城市实际下沉了多少。研究者发现，纽约在过去十年间，平均每年下沉 1~2 毫米，并且城市重量正是城市整体沉降的主要原因。尤其是建筑重量集中在松散沉积物之上的地区，沉降尤其严重。

不明确的未来

尽管影响城市沉降的因素很多，这项研究并不能一锤定音，但这一发现是了解全球各地如何应对相对海平面上升的第一步。奥斯特曼说：“正如（研究者）强调的那样…… 数据和模型之间的比较很复杂，我们有很多事情不了解。”他补充说，这项研究基本上是根据城市重量对沉降进行的粗略估计，而不是精确计算。

这项研究的另一个局限在于，科学家们无法模拟这座城市 400 年来的发展，以充分捕捉和预测其重量以及任何相关的沉降在未来几年的发展情况。美国航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）的物理学家凯思琳・琼斯（Cathleen Jones，未参与这项研究）说：“他们根据所有建筑的初始荷载对整体沉降进行建模，就好像它们以某种方式同时建造，神奇地同时出现在未压缩的土壤或岩石上。显然，这些建筑是在不同的时间建造的，所以模型的这一部分与实际不符，”她补充说，这只是她自己的观点，不代表 NASA 或 JPL。不过，琼斯也指出，该团队的长期沉降估计更接近现实情况，并且与卫星观测结果相匹配。

虽然这项新研究只研究了纽约市，但却给全球各地的人们敲响了警钟：各地的沿海城市正面临一些问题。根据计算，曼哈顿正在以每年 2.1 毫米的速度下沉，一些地区甚至达到了每年 4.5 毫米。

目前，大约 40% 的人生活在距海岸线 100 千米的范围内，预计到 2050 年，近 70% 的人将生活在城市中。有研究发现，在 48 个人口稠密的沿海城市中，44 个的下沉速度超过了海平面上升的速度。这样的数字意味着，那些易受到海平面上升影响的城市，可能同时也在受到自身建筑重量的威胁。尽管纽约市的大部分地区基岩足够稳定，但其他城市的处境更加危险。帕森斯说：“世界上大多数沿海城市都在迅速扩张。考虑到人口分布的变化，这可能是一个越来越令人担忧的问题。”

原文链接：

https://www.scientificamerican.com/article/new-york-city-is-sinking-under-its-own-weight/

相关论文：

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022EF003465

本文来自微信公众号：环球科学 （ID：huanqiukexue）

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