Папир се помера у ширину од 13 центиметара и протеже се на 60 стопа, тако да је Стефан Талке сакупио столове у Националној архиви да би одмотао листове тиквица који су пратили пораст и пад плима пре грађанског рата. "Било је фантастично", сећа се он. "Претпоставила сам да су сви подаци изгубљени и ево ме са кључевима палате."
Записи су кључ не само за разумевање прошлости, већ и за будућност с којом се суочавају градови попут Вилмингтона, Северна Каролина; Јацксонвилле, Флорида; Јамајки залив, Њујорк и друге луке широм земље. Потакнути тим плимним записима, Талке и његови колеге створили су рачунарске моделе који показују како продубљивање канала за смјештај теретних бродова може изазвати веће плиме и драматично повећане поплаве од олујних удара у неким градовима.
Помицања записа тог дана у 2011. били су из Астрије, Орегон, на реци Цолумбиа близу места где је Талке ванредни професор за инжењерство животне средине на Портланд Стате Университи који проучава хидродинамику естуарија, река и океана. Током наредних неколико година, Талке и његове колеге открили су више давно изгубљене плимске приче које су покривале Њујорк, Северну Каролину, Масачусетс, Флориду, Делавер, Вирџинију и друга приморска подручја. Сваки пут су сликали записе и враћали се у Портланд Стате, где су Талкеови ученици мукотрпно преносили податке у дигиталну базу података информација о плимном смеру током 19. века. Најранији записи из Бостона датирају из 1820-их, деценијама старијим од оних који су били доступни.
Карта обале и геодетске анкете САД-а на реци Ст. Јохн Ривер из 1899. године. Јацксонвилле је мали град са леве стране слике. Близу Даме Поинт-а, канал је ископао до 18 стопа 1894. године (Талке и др.) Талке је комбиновао старомодно успављивање са високотехнолошким моделирањем како би испитао промене у естуаријима повезаним са јаружањем које је почело пре око 150 година у лучким градовима. Питао се да ли ће пронаћи ефекте сличне ономе што је открио током пост-докторског пројекта проучавања ушћа реке Емс на граници Немачке и Холандије. У Европи је покушао да објасни зашто је дошло до драматичног повећања концентрације седимената, што је довело до раширеног трошења кисеоника и еколошке катастрофе. Оно што је тамо научио је да су се плима помакниле, готово се удвостручиле за неколико деценија. Зашто? Продубљивање, усавршавање и ширење отпремног канала током времена узроковало је драматичну промену хидродинамике естуарија.
Неки лучки градови дуж обала САД-а показују сличне резултате као и ушће реке Емс, мада Талке упозорава да је сваки ушће различит. На неколико места, открио је да продубљивање канала умањује ризик од поплаве. У другима су промене током више од једног века биле драматичне, удвостручујући пројектовану висину олујног удара, далеко изнад онога што ниво мора мора, повећан интензитет олује и други фактори. Чини се да ефекти највише штете узводно и далеко од обала - на местима где људи мисле да имају мање ризика.
Кључни за ове налазе су историјски записи које је Талке открио. Омогућили су истраживачима да преокрену уобичајену улогу рачунарских модела - предвиђајући будућност - и путују уназад како би испитали како се понашају естуарији и реке пре продубљивања канала. Када њихови модели репродукују историјске плима које је Талкеов тим пронашао у папирним записима, то им даје сигурност да су модели тачни.
"Ово је уредна употреба архивских записа која може решити важне проблеме који су прошли незапажено и такође дати увид у то колико је систем попут естуарија променљив на услове", каже Талке. "Током временског оквира више од века, увелико смо измијенили подводну топографију наших лука и ушћа. Буквално смо премјестили планине прљавштине, експлодирали морске планине, изравнали долине и створили надморске путеве за супер велике бродове. Ове промјене наше су луке широм света свеприсутне са ефектима које нисмо у великој мери разматрали или чак пресликали у многим случајевима. "
Једно од тих места је и Вилмингтон у Северној Каролини, који има једну од највећих појава поплава сунчаног дана у земљи - у последње време више од 80 дана. Читања која је Талке открио из 1887. показују да се распон плиме у Вилмингтону удвостручио у протеклих 130 година, значајно мијењајући учесталост такозваних поплава.
Близу обале плима је само незнатно порасла - знак да су реке промене вештачке преинаке. Користећи рачунарско моделирање, Талке и студент, Рамин Фамилкхалили, утврдили су да се најгори вал олује која се очекује од урагана категорије 5 повећао на 18 стопа, у односу на 12 стопа у 19. веку, када су канали око Вилмингтона били половина данашње дубине .
Контејнерски брод пролази близу острва Балд Хеад, НЦ, у луку Вилмингтон у четвртак, 8. августа 2013. (АП Пхото / Харри Хамбург) Ураган Фиренца поплавио је град у септембру. "Мислим да можете рећи да је део поплаве највероватније проузрокован променама у систему, " каже Талке. Он напомиње да је Вилмингтон имао користи од тога што је на страни урагана са вјетровима који пушу у обалу, пригушивши олујну навалу. Да би у потпуности разумели, додаје, истраживачи би морали да ураде пуни модел укључујући кишу и ветровно поље.
Како су контејнерски бродови постајали све већи, подстакнути продубљивањем Панамског канала, луке широм света ископавале су канале све дубље - до 50 стопа или више за луке Нев Иорк, Балтиморе, Норфолк, Цхарлестон и Миами. Студије изводљивости за те пројекте, укључујући анализе Инжењерског корпуса војске, испитују економске изгледе и неке од утицаја на животну средину, али су одбацили ефекат продубљивања канала на промене плиме, поплаве и навале олује. На глобалном нивоу пројекти јаружања су у изради реке Елбе и луке Хамбург, највеће немачке луке; Ротердам, највећа европска лука; и Кореја Лука Бусан, између осталих.
Ефекат на неким местима био је позивање у океан и излагање градова десетинама километара узводно екстремним плимама и поплавама. Али како продубљивање канала може повећати домет плиме и самим тим олујне навале и поплаве? Постоје два основна фактора.
Копање заглађује дно канала, елиминирајући природне препреке попут дина, стијена, траве и остриге, које спречавају проток, претварајући га из грубе стазе у необрађену стазу у глатку НАСЦАР стазу. Без тог повлачења протока воде губи се мање енергије, повећавајући надолазећу плиму и олује. Продубљивањем канала такође се смањује ефекат турбуленције. Вода која се споро креће на дну не мијеша се толико са брзијом водом која се креће у близини површине (помислите на стару изреку да воде и даље теку дубоко), па површинске воде у суштини клизну, а да их се не успори готово толико.
Талке и његове колеге такође су открили да је преокрет продубљивања канала можда тачан. У раду из 2015. године моделирали су ефекат плићавања њујоршког залива на Јамајци и открили да ће враћањем канала природним, историјским дубинама смањити домет плима и осеке олује.
„Директне инжењерске интервенције и модификације наших обала и ушћа и лука могу имати велики ефекат“, каже Талке. „Ми заправо можемо да мењамо физику система.“
Геопотес 14, багера за усисавање резервних делова, подиже своју стрелу из канала у Холандији. Брод може да продуби дубину од 33, 8 метара, па чак и дубље са продужетком. (Викимедиа Цоммонс / ЦЦ 3.0) И поред општих трендова, свака локација је различита. Свака олуја је различита. Продубљивање канала, на пример, смањује ефекат ветрова који воде воду до ушћа. Продуљење канала на неким местима можда нема ефекта или чак може ублажити олујне ударе и поплаве, изгледа да истраживачи изгледају као да је случај у Портланду, Орегону и Албанију у Њујорку. На тим локацијама смањење нагиба река узроковано исушивањем канала имало је већи утицај од продубљивања канала.
Али у Јацксонвиллеу, планови за повећање дубине канала на 47 стопа били су контроверзни након поплава током урагана Ирма, олује категорије 1 у 2017. години која је достигла историјски ниво пренапона упркос догађајима током плиме. Локална група за заштиту животне средине, Ст. Јохнс Риверкеепер, тужила је тужбу да заустави јаружање. У протеклих 120 година канал у реци Сент Џонс, који се сужава док се пробија кроз центар града 26 километара од океана, ископан је до дубине од 41 стопа. Као и Вилмингтон, продубљивање канала и рационализација реке готово су удвостручили распон плима око Јацксонвилле-а, према Талке-у.
Царл Фриедрицхс, предсједавајући Одјељења за физичке науке Института за поморство у Вирџинији, дио колеџа Виллиама и Марије, каже да је Талке био лидер у кориштењу историјских записа о плиму за испитивање промјена у обалним системима. "Био сам импресиониран послом који сам видео", каже Фриедрицхс. "Једна од тема његовог дела која је заиста уредна је описивање неочекиваних нелинеарних повратних информација, где мислите да се једна ствар дешава, али постоји каскада других ствари."
Продубљивање канала, на пример, доводи до премештања седимената на неочекивана места, буквално замућујући воде, а такође повећава улазак слане воде у слатководне реке, што има каскадне ефекте. Цхристопхер Соммерфиелд, обални океанограф и геолог са Универзитета у Делаверу, објавио је радове са Талкеом и другима о Неварк Баиу и Делаваре Баиу. У ушћу Делавареа, каже Соммерфиелд, продубљивање канала повећало је пораст салинитета ближе Филаделфији и Трентону. Како се линија соли пуже узводно, она не само да мења живот мора, већ угрожава снабдевање слатком водом за Филаделфију (река Делавер) као и за индустрије које користе воду (слана вода је скупо корозивна). Поред тога, Соммерфиелд каже да је одржавање багера уклањањем талога који је некада створио блатњаве и мочваре дуж реке - важне карактеристике у енергији пригушивања таласа.
У недавном раду, Талке и његови колеге аутори тврде да угрожене обалне заједнице можда потцењују комбиновани утицај промена у олујној осеци, јачини таласа, губитку мочвара и порасту нивоа мора. "Мислим да људи почињу да се баве чињеницом да само немаш плиму и да немаш налет олује сам по себи или да се сам ниво мора подиже", каже он. "Не можете их све независно третирати, додајте све и промените ризик. Морате их заједно размотрити."
За Талкеа је сада питање како они трагови једном засути прошлошћу могу обликовати сигурнију будућност. "Имате овај променљиви ефекат тамо где у одређеном смислу постоје победници и губитници. Постоје места попут Албанија која виде смањење ризика, а постоје нека места која виде велики пораст ризика", каже он. "Оно што ме брине је да ми то стварно нисмо у потпуности истражили, тако да не знамо који ће региони бити под већим утицајем, а који региони су мало заштићенији.
"Учећи из прошлости, " додаје Талке, "можемо се боље припремити за будућност."
