Papirna lista se širila 13 centimetara i protezala se na 60 stopa, tako da je Stefan Talke sastavio tablice u Nacionalnom arhivu kako bi odmotao listove tikvica koji su pratili porast i pad plima iz vremena građanskog rata. "Bilo je fantastično", sjeća se. "Pretpostavila sam da su svi podaci izgubljeni i evo me s ključevima palače."
Zapisi su ključ ne samo za razumijevanje prošlosti, već i budućnosti s kojim se suočavaju gradovi poput Wilmingtona, Sjeverna Karolina; Jacksonville, Florida; Jamaica Bay, New York i druge luke širom zemlje. Potaknuti tim plimnim zapisima, Talke i njegovi kolege stvorili su računalne modele koji pokazuju kako produbljivanje kanala za smještaj teretnih brodova može izazvati veću plimu i dramatično povećanu poplavu zbog olujnih udara u nekim gradovima.
Pomicanja zapisa tog dana u 2011. bili su iz Astrije, Oregon, na rijeci Columbia blizu mjesta gdje je Talke izvanredni profesor inženjerstva okoliša na Portland State University, koji proučava hidrodinamiku ušća, rijeka i oceana. Tijekom sljedećih nekoliko godina, Talke i njegovi kolege otkrili su više davno izgubljenih plimskih priča koje su pokrivale New York, Sjevernu Karolinu, Massachusetts, Floridu, Delaware, Virginia i druga obalna područja. Svaki put su slikali zapise i vraćali se u Portland State, gdje su Talkeovi učenici mukotrpno prenosili podatke u digitalnu bazu podataka informacija o plimnim mjerama tijekom 19. stoljeća. Najraniji zapisi datiraju iz Bostona 1820-ih, desetljećima starijim od onih koji su bili dostupni.
Karta obalne i geodetske izmjere SAD-a na rijeci St. John iz 1899. Jacksonville je mali grad na lijevoj strani slike. Blizu Dame Pointa kanal je 1894. kopao do 18 stopa. (Talke i sur.) Talke je kombinirao to staromodno uspavljivanje s visokotehnološkim modeliranjem kako bi se ispitale promjene u estuarijima povezanim s jaružanjem koje je počelo prije oko 150 godina u lučkim gradovima. Pitao se hoće li pronaći učinke slične onome što je otkrio tijekom postdoktorskog projekta proučavanja ušća rijeke Ems na granici Njemačke i Nizozemske. U Europi je pokušao objasniti zašto je došlo do dramatičnog povećanja koncentracije sedimenata, što je dovelo do raširenog trošenja kisika i ekološke katastrofe. Saznao je da se plima pomaknula, gotovo se udvostručila u nekoliko desetljeća. Zašto? Produbljivanje, racionalizacija i proširenje otpremnog kanala tijekom vremena uzrokovalo je dramatičnu promjenu hidrodinamike ušća.
Neki lučki gradovi duž obala SAD-a pokazuju slične rezultate kao i ušće rijeke Ems, iako Talke upozorava da je svaki ušće različit. Na nekoliko mjesta, otkrili su da produbljivanje kanala umanjuje rizik od poplave. U drugima su promjene tijekom više od jednog stoljeća bile dramatične, udvostručujući projektiranu visinu olujnog udara, daleko iznad onoga što bi porast razine mora, povećanog intenziteta oluje i drugih faktora mogli ukazivati. Čini se da učinci najviše štete uzvodno i daleko od obale - na mjestima za koja ljudi misle da imaju manji rizik.
Ključni za te nalaze su povijesni zapisi koje je Talke otkrio. Oni su omogućili istraživačima da preusmjere uobičajenu ulogu računalnih modela - predviđajući budućnost - i putuju unatrag, kako bi ispitali kako se ponašaju estuariji i rijeke prije produbljivanja kanala. Kad njihovi modeli reproduciraju povijesne plima koje je Talkeov tim pronašao u papirnatim zapisima, to im daje sigurnost da su modeli ispravni.
"Ovo je uredna upotreba arhivskih zapisa koja može riješiti važne probleme koji su prošli nezapaženo i također dati uvid u to koliko je sustav poput estuarija na promjenjive uvjete", kaže Talke. "Tijekom vremenskog okvira više od stoljeća, uvelike smo izmijenili podvodnu topografiju naših luka i ušća. Doslovno smo premjestili planine prljavštine, eksplodirali morske planine, izravnali doline i stvorili nadmorske putove za super velike brodove. Ove izmjene naše su luke širom svijeta sveprisutne s učincima koje u mnogim slučajevima nismo do kraja razmatrali ili čak preslikali. "
Jedno od takvih mjesta je Wilmington, Sjeverna Karolina, u kojem je jedna od najviših pojava poplava sunčanog dana u zemlji - u posljednje vrijeme više od 80 dana godišnje. Čitanja koja je Talke utvrdio iz 1887. pokazuju da se raspon plime u Wilmingtonu udvostručio u posljednjih 130 godina, značajno mijenjajući učestalost takozvanih poplava.
Blizu obale plima je tek blago porasla - znak da promjene nastaju umjetnim izmjenama rijeka. Pomoću računalnog modeliranja, Talke i student Ramin Familkhalili utvrdili su da se najgori slučaj olujnog udara koji se očekuje od uragana kategorije 5 povećao na 18 stopa, u usporedbi s 12 stopa u 19. stoljeću, kada su kanali oko Wilmingtona bili upola današnji,
Kontejnerski brod prolazi blizu otoka Bald Head, NC, u zračnu luku Wilmington u četvrtak, 8. kolovoza 2013. (AP Photo / Harry Hamburg) Uragan Firenca poplavio je grad u rujnu. "Mislim da možete reći da je dio poplave najvjerojatnije uzrokovan promjenama u sustavu", kaže Talke. Napominje da je Wilmington imao koristi od toga što je na strani uragana s vjetrovima koji pušu s obale, prigušivši olujnu navalu. Da bi u potpunosti razumjeli, dodaje, istraživači bi morali napraviti cjeloviti model, uključujući kišu i polje vjetra.
Kako su kontejnerski brodovi postajali sve veći, potaknuti produbljivanjem Panamskog kanala, luke širom svijeta iskopavale su kanale sve dublje - do 50 stopa ili više za luke New York, Baltimore, Norfolk, Charleston i Miami. Studije izvodljivosti za te projekte, uključujući analize Vojno-inženjerskog zbora, ispituju ekonomske izglede i neke od utjecaja na okoliš, ali su odbacili učinak produbljivanja kanala na promjene plime, poplave i navale oluje. Projekti jaružanja na globalnoj razini su u izradi rijeke Elbe i luke Hamburg, najveće njemačke luke; Rotterdam, najveća europska luka; i Koreja Luka Busan, između ostalih.
Učinak je na nekim mjestima bio pozivanje u ocean i izlaganje gradova desecima kilometara uzvodno ekstremnim plimama i poplavama. Ali kako produbljivanje kanala može povećati domet plime i samim tim olujne navale i poplave? Postoje dva osnovna faktora.
Iskopavanje zaglađuje dno kanala, uklanjajući prirodne zapreke poput dina, stijena, trava i korita kamenica koje sprečavaju protok, pretvarajući ga iz grube terenske staze u glatku NASCAR stazu. Bez tog povlačenja protoka vode gubi se manje energije, povećavajući nadolazeću plimu i oluje. Produbljivanjem kanala također se smanjuje učinak turbulencije. Voda koja se sporo kreće na dnu ne miješa se toliko s vodom koja se brže kreće u blizini (pomislite na staru izreku da vode i dalje teku duboko), pa površinske vode u osnovi klizaju, a da pritom ne usporavaju gotovo toliko.
Talke i njegovi kolege također su otkrili da je preokret produbljivanja kanala možda istinit. U radu iz 2015. godine modelirali su učinak plićaka njujorškog zaljeva Jamaica i otkrili da će vraćanjem kanala prirodnim, povijesnim dubinama smanjiti raspon plime i navale oluje.
"Izravne inženjerske intervencije i preinake na našoj obali i ušću i lukama mogu imati veliki učinak", kaže Talke. "Mi zapravo možemo mijenjati fiziku sustava."
Geopotes 14, bagera za usisavanje usisnih kopača, diže svoju strelu iz kanala u Nizozemskoj. Brod se može iskopati do dubine od 33, 8 metara, pa i dublje s produžetkom. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Unatoč općim trendovima, svaka lokacija je različita. Svaka je oluja različita. Produbljivanje kanala, na primjer, smanjuje učinak vjetrova koji vode vodu do ušća. Produljenje kanala na nekim mjestima možda nema učinka ili čak može ublažiti olujnu buku i poplave, čini se kako istraživači izgledaju u Portlandu, Oregonu i Albanyju u New Yorku. Na tim je mjestima smanjenje nagiba rijeka uzrokovano isušivanjem kanala imalo veći utjecaj od produbljivanja kanala.
No u Jacksonvilleu su planovi za povećanje dubine kanala na 47 stopa kontroverzni nakon poplava tijekom uragana Irma, oluje kategorije 1 u 2017. godini koja je dosegla povijesne razine porasta usprkos događajima tijekom plime. Lokalna skupina za zaštitu okoliša, St. Johns Riverkeeper, pokrenula je tužbu da zaustavi jaružanje. Tijekom proteklih 120 godina, kanal u rijeci St. Johns, koji se sužava dok prolazi kroz središte grada 26 kilometara od oceana, iskopan je do dubine od 41 metra. Kao i Wilmington, produbljivanje kanala i usmjeravanje rijeke gotovo su udvostručili raspon plime oko Jacksonvillea, rekao je Talke.
Carl Friedrichs, predsjedatelj Odjela za fizičke znanosti Instituta za pomorstvo u Virginiji, dio koledža Williama i Marije, kaže da je Talke bio predvodnik u korištenju povijesnih plimskih zapisa za ispitivanje promjena u obalnim sustavima. "Bio sam vrlo impresioniran poslom koji sam vidio", kaže Friedrichs. "Jedna od tema njegovog djela koja je doista uredna jest opisivanje neočekivanih nelinearnih povratnih informacija, gdje mislite da se događa jedno, ali tamo se događa kaskada drugih stvari."
Produljenje kanala, na primjer, dovodi do premještanja sedimenata na neočekivana mjesta, doslovno zamućujući vode, a također povećava ulazak slane vode u slatkovodne rijeke, što ima kaskadne učinke. Christopher Sommerfield, obalni oceanograf i geolog sa Sveučilišta u Delawareu, objavio je radove s Talkeom i drugima o Newark Bayu i Delaware Bayu. U estuariju Delawarea, kaže Sommerfield, produbljivanje kanala povećalo je porast saliniteta bliže Philadelphiji i Trentonu. Kako se linija soli puže uzvodno, ona ne samo da mijenja morski život, već ugrožava opskrbu slatkom vodom za Philadelphiju (rijeku Delaware) kao i za industriju koja vodu koristi (slana voda je skupo korozivna). Uz to, Sommerfield kaže da je održavanje jaja uklanja uklanjanje taloga koji su nekada stvarali blatnjave i močvare uz rijeku - važne karakteristike u energiji prigušivanja valova.
U nedavnom radu, Talke i njegovi kolegi autori tvrde da ugrožene obalne zajednice možda podcjenjuju kombinirani utjecaj promjena olujnih plima, jačine valova, gubitka močvara i porasta razine mora. "Mislim da se ljudi počinju truditi oko činjenice da samo nemate plimu i da sami nemate olujnu buku ili da se sama razina mora podiže", kaže on. "Ne možete ih sve samostalno tretirati, dodati sve i popraviti rizik. Morate ih zajedno razmotriti."
Za Talkea je sada pitanje kako oni tragovi jednom zasuti prošlošću mogu oblikovati sigurniju budućnost. "Imate ovaj varijabilni učinak tamo gdje, na neki način, postoje pobjednici i gubitnici. Postoje mjesta poput Albanyja gdje se smanjuje rizik, a postoje i neka mjesta koja vide veliki porast rizika", kaže on. "Ono što me brine je da mi to stvarno nismo u potpunosti istražili, tako da ne znamo koje će regije biti pod većim utjecajem, a koje regije malo zaštićenije.
"Učeći iz prošlosti, " dodaje Talke, "možemo se bolje pripremiti za budućnost."
