海平面上漲，地面高度也在變化 

美國(guó)加州海岸帶地表沉降與隆起分布圖，藍(lán)色為沉降區(qū)，紅色為隆起區(qū)，顏色越深表示變化越劇烈。圖片來(lái)源：https://earthobservatory.nasa.gov/images/147439/californias-rising-and-sinking-coast?src=ve

近30年來(lái)，全球海平面正在以每年3.3毫米的速度上升。主要原因在于海水升溫、體積膨脹，并有冰蓋和冰川的融水持續(xù)匯入。與此同時(shí)，陸地高度也并非一成不變。陸地的垂直運(yùn)動(dòng)，即地理學(xué)家所謂的沉降和隆升，是導(dǎo)致局部海平面上升速度與全球平均速度存在差異的原因。海面上升與地面沉降的疊加作用，甚至成為了印尼決定遷都的主要原因。

美國(guó)加州海岸帶恰好也是一個(gè)典型案例。在長(zhǎng)時(shí)間和大空間尺度上，板塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致滄海桑田已成共識(shí)。具體地區(qū)發(fā)生陸地隆起和沉降的原因可能很復(fù)雜，有自然因素，也有人為因素。自然過(guò)程主要包括：構(gòu)造性運(yùn)動(dòng)、冰川均衡調(diào)整、泥沙輸送和土壤壓實(shí)等；而抽取地下水、油氣生產(chǎn)、城市建設(shè)等人類(lèi)活動(dòng)也會(huì)成為誘因。

美國(guó)舊金山地表沉降與隆起分布圖，藍(lán)色為沉降區(qū)，紅色為隆起區(qū)，顏色越深表示變化越劇烈。圖片來(lái)源：https://earthobservatory.nasa.gov/images/147439/californias-rising-and-sinking-coast?src=ve

地面有升有降，城市有喜有憂(yōu)

地勢(shì)較低的舊金山國(guó)際機(jī)場(chǎng)正在沉降。舊金山灣的金銀島（Treasure Island）沉降也非常顯著，每年沉降超過(guò)10毫米，可部分歸咎于島上的固體廢棄物填埋場(chǎng)。金銀島是1937年用修建海灣大橋挖掘出的巖石泥漿建造而成的占地1.6平方公里的人工島，成為1939年金門(mén)國(guó)際博覽會(huì)的會(huì)場(chǎng)。1960年代，美國(guó)海軍在此開(kāi)辟了固體廢棄物填埋場(chǎng)，處理了大量放射性設(shè)備和有毒化學(xué)品。2008年后移交民用，成為新興社區(qū)，由專(zhuān)門(mén)公司開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)。

人類(lèi)活動(dòng)會(huì)對(duì)地表升降帶來(lái)立竿見(jiàn)影的影響。比如，因近年來(lái)持續(xù)補(bǔ)給地下含水層，圣塔安那（Santa Ana）周邊區(qū)域明顯隆起。還有屢屢出現(xiàn)的城市建筑沉降的新聞，比如舊金山千禧塔（Millennium Tower）自建成之后一直在下沉、傾斜和開(kāi)裂。

同時(shí)，灣區(qū)存在大量斷層活動(dòng)，可能造成地表沉降，也可能導(dǎo)致隆升。有時(shí)斷層活動(dòng)會(huì)抵消人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)的影響。比如，洛杉磯由于地表隆升，較少受海平面上升的威脅。

海平面上漲背景下，對(duì)海岸地帶而言，需及時(shí)出臺(tái)長(zhǎng)期韌性提升規(guī)劃，以及應(yīng)對(duì)氣候變化和海面上升不利影響的適應(yīng)性策略。 

舊金山灣區(qū)海水上漲淹沒(méi)區(qū)域示意圖，橘色線(xiàn)為海水上漲3英尺（0.91米）對(duì)應(yīng)淹沒(méi)區(qū)域，黑色線(xiàn)為海水上漲10英尺（3.04米）對(duì)應(yīng)淹沒(méi)區(qū)域。圖片來(lái)源：https://www.sfchronicle.com/climate/article/Sea-level-rise-will-affect-San-Francisco-Bay-14439143.php

城市大樓——地面不可承擔(dān)之重

在城市蔓延的重壓之下，灣區(qū)大部分地區(qū)都在下墜。與此同時(shí)，海面還在持續(xù)上升。未來(lái)幾十年里，灣區(qū)城市如何保全？

美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地球物理專(zhuān)家湯姆·帕森斯（Tom Parsons）就此問(wèn)題開(kāi)展了研究。他計(jì)算了灣區(qū)每棟建筑的重量，發(fā)現(xiàn)總重量如此之大，約16億噸，相當(dāng)于700萬(wàn)架波音747的重量。他的研究表明，經(jīng)歷一個(gè)世紀(jì)的開(kāi)發(fā)后，灣區(qū)地面平均下沉了約7.9厘米。其中，高達(dá)197米的千禧塔，10年沉降了約40多厘米，且沉陷并不均衡，導(dǎo)致大樓成為“斜塔”。

針對(duì)巨型建筑對(duì)地表施加壓力的問(wèn)題，已有若干工程補(bǔ)救措施，比如采用大量深達(dá)基巖的樁基支撐。然而，此前并未就區(qū)域內(nèi)建筑物重量導(dǎo)致的整體影響開(kāi)展研究。帕森斯發(fā)現(xiàn)，建筑物的累積應(yīng)力通常小于造成地面高度變化的其它力的作用，比如水土流失和構(gòu)造作用。但建筑重量仍然不容小覷，讓已然受到上漲海水威脅的海岸地帶雪上加霜。他認(rèn)為，最大的影響來(lái)自于風(fēng)暴潮和洪水。 

帕森斯的研究對(duì)全球海岸地帶具有普遍意義。其它經(jīng)歷了大規(guī)模開(kāi)發(fā)的海岸區(qū)域也可能出現(xiàn)建筑沉降，同時(shí)也需應(yīng)對(duì)海平面上升。更糟的是，隨著人們遷居城市，集中開(kāi)發(fā)建筑的重量進(jìn)一步增加，沉降的可能性亦隨之增加。

帕森斯提取灣區(qū)建筑數(shù)據(jù)庫(kù)信息，據(jù)此計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)本身重量及其內(nèi)容物的重量。不出所料，舊金山、奧克蘭和圣何塞的城區(qū)重量最大。評(píng)測(cè)的近百萬(wàn)棟建筑中，舊金山國(guó)際機(jī)場(chǎng)最重，費(fèi)利蒙的特斯拉工廠、舊金山的UCSF帕納蘇斯醫(yī)學(xué)院以及圣克拉拉的李維斯體育場(chǎng)緊隨其后。

左圖為產(chǎn)生最大壓力的三棟建筑位置圖，三棟建筑均位于舊金山市區(qū)；右圖為最重建筑與地面沉降速度分布圖，從暖色到冷色，沉降速度增加。圖片來(lái)源：https://www.sfchronicle.com/environment/article/San-Francisco-Bay-Area-sinking-under-its-own-15961703.php

道路、橋梁和其它基礎(chǔ)設(shè)施并未納入計(jì)算，因此計(jì)算數(shù)值遠(yuǎn)低于實(shí)際重量。根據(jù)模型計(jì)算，就整個(gè)灣區(qū)而言，因建筑重量導(dǎo)致的地面沉降數(shù)值通常在0.635厘米到7.6厘米之間。局部位置沉降則要大得多。舊金山市區(qū)地面每年沉降值達(dá)到1.9厘米。 

加州大學(xué)圣克魯斯分校地球與行星科學(xué)教授加里·格里格斯（Gary Griggs）表示，這種嶄新的計(jì)算方法有助于提供地表變化更全面的圖景。他認(rèn)為，導(dǎo)致地表沉降的因素常被灣區(qū)大量斷層活動(dòng)（如隆升）抵消。即便如此，舊金山國(guó)際機(jī)場(chǎng)與海水高潮水位僅0.6米之差，灣區(qū)怎能高枕無(wú)憂(yōu)？

當(dāng)前普遍認(rèn)為，到2050年灣區(qū)海平面將上升約0.3米，到本世紀(jì)末上漲將超過(guò)0.9米。從歷史上來(lái)看，造成地面沉降的最典型人為活動(dòng)在于抽取地下水。近年來(lái)這一活動(dòng)在灣區(qū)并不常見(jiàn)，且抽取地下水之后，隨著降水補(bǔ)給含水層，沉降可以恢復(fù)。因此，相比較而言，大樓重壓成為灣區(qū)地表無(wú)法承擔(dān)之重。 

拯救灣區(qū)（Save the Bay）機(jī)構(gòu)的執(zhí)行董事戴維·劉易斯（David Lewis），一直在與社區(qū)合作以制定海平面上升應(yīng)對(duì)方案。他認(rèn)為，無(wú)論是人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致，還是其它原因?qū)е?，地面沉降的相關(guān)信息，掌握得越多越好。

“海平面上漲是灣區(qū)面臨的巨大威脅，其后果已經(jīng)在天文大潮和極端風(fēng)暴中展現(xiàn)出來(lái)。” 

參考文獻(xiàn)：

Parsons, Tom. (2021). The Weight of Cities: Urbanization Effects on Earth's Subsurface. AGU Advances. 2.