地面下沉、海平面上升 對抗雙重挑戰可以做什麼?

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我們對飲用水的渴求在世界許多地區都引起了嚴重的地面下陷，使這些地方面臨被洪水淹沒的危險，但有些社區正試圖解決這個問題。

從美國邁阿密（Miami）到印尼首都雅加達（Jakarta），世界各地的沿海社區都在與海平面上升的趨勢作著鬥爭。但在有些地方，另一個現象正加劇這種影響，即地面下陷。舉例來說，雅加達每年下陷幅度高達17厘米。美國地質調查局(USGS)地面沉降專家米歇爾·斯尼德（Michelle Sneed）說:「這是個嚴重問題，特別是在海平面正在上升的時候。它們增加了洪水和海平面上升的壓力。雖然人們可以修建海堤，但這座城市下沉的速度如此之快，以至於在漲潮的時候，水就會傾瀉而入。」

像雅加達下陷這樣的例子，經常被氣候變化的懷疑論者所誤解，他們認為這種現象只能解釋沿海地區洪水泛濫的原因。然而現實是更具挑戰性的，海平面上升和地面下沉都同時發生。但是，海平面上升是由海洋變暖和全球冰蓋融化所引起的全球性問題，而地面沉降則是個局部問題，只會影響部分社區。

在沿海地區，不幸受到這兩種現象衝擊的地方，發生洪水的風險可能更嚴重。儘管內陸社區不太可能遭受海平面上升的影響，但許多地方，包括墨西哥城（Mexico City）和美國加州的聖華金河谷(San Joaquin Valley)，正在努力應對陸地下沉帶來的挑戰。

但也有好消息。儘管大多數科學家都認為，只有通過降低碳排放才能減輕海平面上升的影響，但這需要全球達成共識，而社區可以控制自己的土地下沉情況。荷蘭烏得勒支大學地質學家、沉陷研究員吉勒斯·厄肯斯（Gilles Erkens）說:「如果因為海平面上升而導致洪水頻發，那麼就必須全世界共同應對。從某種意義上說，這讓我們更容易解決地面沉降問題，因為你只需要關注本地。」

包括上海和東京在內的許多城市已經解決了這個問題。其他社區，如弗吉尼亞東部的Hampton Roads地區，現在也有了自己的創意解決方案。如果你驚訝地發現下沉是個局部的(或可解決的)問題，你可能會想到垂直的陸地運動，即全球均衡調整(GIA)。它是大約12000年前最後一個冰河時代的遺留物，主要北半球陸地反彈，因為它此前釋放了數十億噸重的冰。雖然在現在融化的冰下區域正在上升，但邊緣的區域卻在下降。

想像用你的手指戳一個氣球。你會創造一個縮進，指尖上周圍則會凸起。當你鬆開手指的時候（就像冰雪融化），當凸起消失的時候，縮進則會反彈回來。在北美大陸上，加拿大和阿拉斯加是受縮進影響最大的地方，而大西洋中部受凸起影響最大。將幾秒鐘的試驗延長到數千年的時間，你就會明白類似於地球現在發生的事情。但正如你所預料，GIA是個相對緩慢的過程，不應該與影響許多社區的更嚴重下沉現象相混淆。

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的菲利普·漢塞爾（Philippe Hensel）說:「如果某個局部地區出現土地顯著下沉現象，這並不是全球均衡調整所致。哪怕在最大程度上，全球均衡調整作用都是相當小的。」漢塞爾表示，在阿拉斯加和加拿大這樣的地方，受GIA影響而增加的高度為每年近10毫米。但由於GIA影響導致的沉降，這些區域每年下降最多1毫米或2毫米。

對於世界上大多數社區來說，嚴重下沉的原因完全是人為的，即過度抽取地下水。帕多瓦大學研究沉陷現象的地質學家西蒙·菲亞斯基（Simone Fiaschi）說：「你從地下開採出來的所有東西都會導致沉陷。你從組成地形的層狀結構中移除一些東西，所以地面會開始坍塌。」

這意味著其他類型的提取，如抽取甲烷氣體或石油，也能產生同樣的沉陷效果。但地下水是世界上最重要的淡水資源之一，而抽取地下水通常是導致沉陷現象的罪魁禍首。印度是世界上最大的地下水使用者，85%的飲用水來自地下。而在歐洲，75%的人口從地下水中獲得飲用水。除了飲用，地下水還有許多其他用途。以美國為例，2010年，農業灌溉每天消耗2.25億立方米地下水，占被抽取地下水的60%。在不到兩年的時間裡，這足夠填滿空的太浩湖（Lake Tahoe），它是加州最大的湖泊。

地下水被認為是自然雨水和降雪滲透到岩石中儲存起來。然而，在世界上的許多地方，地面上的水被用光的速度比補給的速度要快，這可能導致水的消耗和供應減少，但也會使土壤變得更緊湊，從而使上層岩層塌陷，有時這種現象十分顯著。例如，墨西哥城大約有一半的飲用水依賴於當地的含水層。該市首席彈性官阿諾爾多·馬圖斯·克萊默(Arnoldo Matus Kramer)說，由於這座城市擁有2100萬人口，用水效率低下（42%的水被浪費），地下蓄水層被過度開採了。按照這個速度，蓄水層將在50年內被抽空。與此同時，該市的部分地區每年下沉達30厘米。

因此，這座城市陷入了一個惡性循環，因為地面沉陷會破壞水管等基礎設施，使其更難維護，這又導致更多滲漏和更多水被抽取。克萊默說，除了使城市更容易受到水資源短缺的影響外，地面沉降還可能使許多建築更容易受到地震的影響。世界上到底有多少地方受到沉陷的影響，這很難說。厄肯斯表示：「我們仍在努力獲取世界各地的數據。對於很多地方，我們甚至不知到底發生了什麼，這也妨礙了我們應對挑戰的選擇。」

儘管如此，從現有的數據來看，科學家們認為他們已經發現了有希望的東西。停止開採地下水可以阻止地面下沉，甚至有助於土地反彈。城市已經證明了這一點。在經過幾十年的地下水開採後，東京土地開始越來越多地下沉，在1968年達到了每年下沉24厘米的峰值。與此同時，該市的地下水抽水量也達到每天150萬立方米。作為回應，東京政府通過了限制抽水的法律。到21世紀初，這座城市的下沉速度降到每年1厘米。

但停止抽水需要改變城市水源的主要來源。在某些地方，這似乎是不可能的。以聖華金河谷(San Joaquin Valley)為例，這裡佔地面積約25900平方公里，主要依靠地下水來維持農業生產。由於最近的乾旱，當地部分地區每年下沉的幅度達到60厘米。美國地質調查局地面沉降專家斯尼德表示：「這是世界上最快的沉降現象。」隨著農業從種植西紅柿、辣椒這樣的輪換作物轉變為像果園和葡萄園這樣的永久性農作物，這個問題的惡化已經成為了一大趨勢。

雖然這裡的下沉並沒有導致洪水泛濫，但它仍在破壞該地區的基礎設施。其中一個例子就是它龐大的運河系統，用來將水運送到該地區。聖華金河谷的部分地區以不同的速度下沉，這導致依賴重力的運河系統崩潰。因此，加州立法者在2014年簽署了一項法律，以確保地下水使用不會造成不合理的土地沉陷。

然而，如何實現這個目標還有待確定。斯尼德認為，依靠替代水源似乎不太可能，因為加州沒有足夠的能力建設更多的水庫。她說：「我認為他們開始意識到這將是一個多麼艱巨的任務。在如何以不同的方式利用自己的土地問題上，當地人將會做出些非常艱難的選擇。」

像上海這樣的城市已經解決了這個問題，那就是不僅要限制泵水，還要重新填充空間。然而，一個更有創意的解決方案正在弗吉尼亞州開發。在那裡，切薩皮克灣地區（Chesapeake Bay region）的南部（又被稱為Hampton Roads），正受到三種不同力量的威脅。第一，這個地區現在正處於融冰邊緣，因此GIA導致每年大約下沉1毫米，這種速度仍然是世界上最快的。

第二個問題是海平面上升，每年大約增加2毫米。第三，每年大約有2.8毫米的地下水被從波托馬克（Potomac）的含水層中被大量抽取出來。在這個平坦的地區，這些因素正累加起來。該地區經常遭受洪水侵襲，同時鹹水也會侵入蓄水層和脆弱的濕地，濕地面臨被淹沒的危險。

泰德·亨尼芬（Ted Henifin）是Hampton Roads衛生區的主管。幾年前，他的團隊開始懷疑，他們處理的廢水是否有更好的用途，而不是將其倒回下水道中。如果他們可以用這些水做些更有價值的事情呢?這些思路導致了一個名為Swift的創新項目。該地區每天排放約682000立方米的污水。而Swift項目將對污水進行處理，達到飲用水的標準。此後，水將被重新注入含水層。

Swift項目尚未開始，目標是在2019年獲得許可，到2023年每天回注地下水45500到91000立方米。但在馬里蘭州和北卡羅萊納州的模型已經發現，回注地下水可以增加壓力。亨尼芬說:「在沒有我們項目的情況下，如果我們繼續大量抽取地下水，我們將會在50年內耗盡地下水，在最糟糕的區域內，土地會壓實，下沉幅度可達61厘米。如果啟動我們的項目，模型顯示完全可以消除這些隱患。」

如果Swift項目取得成功，該計劃將被擴大規模，在2030年達到每日回注地下水54.5萬立方米，然後在其他縣的污水處理廠複製該項目。然而美國地質調查局(USGS)科學家大衛·內姆斯(David Nelms)警告說，這可能不是萬靈藥。和其他地方一樣，這裡的地面是由粘土和沙子分層構成的。過去100多年的開採已經壓縮了這兩層。當水被注入時，它只會「泵出」沙子，粘土依然保持壓實狀態。內姆斯表示：「你永遠回不到過去了，這是永久性的壓實。但Swift項目的地點分散，地質情況不同，所以在不同的地方可能獲得不同的反應。」

土地下沉可能是個複雜的問題。但是，像Swift這樣的項目旨在解決這一問題，可能有理由保持樂觀。我們不僅要解決沉陷問題，還要減輕海平面上升帶來的雙重挑戰。亨尼芬說:「在我們的一生中，我們可以做些降低海平面的事情，這個想法可能是我們提出的唯一一個可以為我們爭取更多時間的方法。」