מגילות הנייר, רוחב 13 סנטימטרים, נמתחו לגובה של מטר וחצי, כך שטפן טלק שילב שולחנות בתוך הארכיון הלאומי כדי לפרש את גיליונות הקוויצ'ים המתחקים אחר עלייתם ונפילתם של גאות והשפל המתוארכת לפני מלחמת האזרחים. "זה היה פנטסטי, " הוא זוכר. "הנחתי שהרישומים האלה אבדו, והנה אני עם מפתחות הארמון."
הרשומות הן המפתחות לא רק להבנת העבר, אלא לעתיד העומד בפני ערים כמו וילמינגטון, צפון קרוליינה; ג'קסונוויל, פלורידה; מפרץ ג'מייקה, ניו יורק ונמלים אחרים ברחבי הארץ. על ידי תיעוד הגאות והשפל, יצרו טלק ועמיתיו מודלים ממוחשבים המראים כיצד העמקת תעלות לאכסניות אוניות מטען עלולה לגרום לשפל גבוה יותר והצפות דרמטיות מוגברות מפני נחשולי סערה בערים מסוימות.
מגילות הרישומים באותו יום בשנת 2011 היו מאסטוריה, אורגון, בנהר קולומביה, בסמוך למקום בו Talke הוא פרופסור חבר להנדסת סביבה באוניברסיטת פורטלנד סטייט שבחן את ההידרודינמיקה של שפך, נהרות ואוקיינוסים. במהלך השנים הבאות חשפו טלק ועמיתיו סיפורי גאות ארוכים יותר שאבדו מכסה את ניו יורק, צפון קרוליינה, מסצ'וסטס, פלורידה, דלאוור, וירג'יניה ואזורי חוף אחרים. בכל פעם הם צילמו את הרשומות וחזרו למדינת פורטלנד, שם העבירו תלמידיו של טלקה בדקדקנות את המידע למאגר דיגיטלי של מידע על גאות ושפל לאורך כל המאה ה -19. הרשומות המוקדמות ביותר תוארכו לבוסטון בשנות העשרים של המאה העשרים, שהיו עשרות שנים מבוגרות מאלה שהיו זמינות בעבר.
מפת סקר החוף והגיאודיקה של ארצות הברית של נהר סנט ג'ון, משנת 1899. ג'קסונוויל היא העיירה הקטנה בצד שמאל של התמונה. סמוך לדיים פוינט, ערוץ הערוץ נגמר לגובה 18 מטר בשנת 1894. (Talke et al.) טלק שילב את ההילוך המיושן הזה עם דוגמנות היי-טק לבחינת שינויים בשפכים הקשורים לחפירה שהחלה לפני כ -150 שנה בערי נמל. הוא תהה אם ימצא השפעות דומות למה שחשף במהלך פרויקט פוסט-דוקטורט שחקר את שפך נהר האמס בגבול גרמניה והולנד. באירופה הוא ביקש להסביר מדוע חלה עלייה דרמטית בריכוז המשקעים, מה שהוביל לדלדול חמצן נרחב ולאסון אקולוגי. מה שלמד שם היה שהגאות והשפל התחלפה, כמעט והכפילה את עצמה תוך עשרות שנים. למה? העמקה, התייעלות והרחבת אפיק המשלוח לאורך זמן גרמו לשינוי דרמטי בהידרודינמיקה של השפך.
כמה ערי נמל לאורך חופי ארה"ב מראים תוצאות דומות לשפך נהר האמס, אם כי Talke מזהיר שכל שפך הוא שונה. בכמה מקומות מצא כי העמקת הערוצים הקלה בסיכון לשיטפונות. באחרים, השינויים במשך יותר ממאה שנים היו דרמטיים, והכפילו את גובה נחשול הסערה, הרבה מעבר לגובה פני הים, עלייה בעוצמת הסערה וגורמים אחרים עשויים להעיד. ההשפעות, כך נראה, מזיקות ביותר במורד הזרם והרחוק מהחופים - במקומות שבהם אנשים חושבים שיש להם פחות סיכון.
המפתח לממצאים אלה הם התיעודים ההיסטוריים שגילה טלק. הם אפשרו לחוקרים להפוך את התפקיד הרגיל של מודלים ממוחשבים - לחזות את העתיד - ולנסוע אחורה בזמן כדי לבחון כיצד נהרות שפך ונהרות לפני העמקת הערוץ. כאשר המודלים שלהם משחזרים את הגאות והשפל ההיסטורית שצוותה של טלקה מצא ברשומות העיתון, זה נותן להם ביטחון שהמודלים נכונים.
"זה שימוש מסודר ברישומי ארכיון שיכולים לטפל בבעיות חשובות שלא נעלמו מעין וגם לתת תובנה עד כמה מערכת רגישת כמו שפך היא לשינוי בתנאים", אומר טלק. "במהלך מסגרת זמן של יותר מהמאה שינינו מאוד את הטופוגרפיה התת-ימית של נמלינו והשפכים שלנו. העברנו ממש הרים של עפר, התפוצצנו מעל הים, יישרנו עמקים ויצרנו כבישים מהירים לספינות גדולות במיוחד. שינויים אלה ל הנמלים שלנו נמצאים בכל מקום ברחבי העולם עם השפעות שלא שקלנו במלואן ואפילו לא מיפינו אותן, במקרים רבים. "
אחד המקומות הללו הוא וילמינגטון שבצפון קרוליינה, שיש בו אחד המופעים הגבוהים ביותר של שיטפונות יום שטופי שמש במדינה - יותר מ -80 יום בשנה לאחרונה. מהקריאות שמצא טלקה משנת 1887 עולה כי טווח הגאות והשפל בווילמינגטון הוכפל במהלך 130 השנים האחרונות, מה ששינה משמעותית את תדירות שיטפונות מה שמכונה מטרדים.
בסמוך לחוף גידול הגאות והשפל רק מעט - סימן לכך שהשינויים מונעים על ידי שינויים מלאכותיים לנהר. באמצעות דוגמנות מחשב, קבעו טלק ותלמיד, רמין פמילחילי, כי גל הסערה במקרה הגרוע ביותר הצפוי מהוריקן בקטגוריה 5 עלה לגובה 18 מטר, מעל לגובה של מטר וחצי במאה ה -19, כשהערוצים סביב וילמינגטון היו בעומק של חצי היום .
ספינת מכולות עוברת בסמוך לאי בולד הד, צפון קרוליינה, בדרך לנמל וילמינגטון ביום חמישי, 8 באוגוסט 2013. (צילום AP / הארי המבורג) הוריקן פירנצה הציפה את העיר בספטמבר. "אני חושב שאפשר לומר שחלק מההצפות נגרם ככל הנראה כתוצאה משינויים במערכת", אומר טלק. הוא מציין כי וילמינגטון הרוויח מהיותו בצד ההוריקן ברוחות הנושבות מחוץ לחוף, ומעכבים את נחשול הסערה. כדי להבין היטב, הוא מוסיף, החוקרים יצטרכו לעשות מודל בקנה מידה מלא כולל גשמים ושדה הרוח.
ככל שספינות מכולות הלכו וגדלו והובילו להתעמקותה של תעלת פנמה, נמלים ברחבי העולם חפרו תעלות עמוק יותר ויותר - לגובה של מטר וחצי לנמלים של ניו יורק, בולטימור, נורפולק, צ'רלסטון ומיאמי. מחקרי היתכנות עבור אותם פרויקטים, כולל ניתוחים על ידי חיל ההנדסה של הצבא, בוחנים את הסיכויים הכלכליים וחלק מההשפעות הסביבתיות, אך ביטלו את ההשפעה של העמקת התעלות על שינויי גאות, שיטפונות ופרץ סערה. ברחבי העולם, פרויקטים של חפירות נמצאים בעבודות עבור נהר האלבה ונמל המבורג, הנמל הגדול ביותר בגרמניה; רוטרדם, הנמל הגדול ביותר באירופה; ונמל בוסאן בקוריאה, בין היתר.
ההשפעה במקומות מסוימים הייתה להזמין באוקיאנוס ולחשוף ערים עשרות מיילים במעלה הזרם לגאות ושפל. אך כיצד העמקת התעלות יכולה להגדיל את טווח הגאות והשפל ולכן סערה והצפות סערות? ישנם שני גורמים עיקריים.
חפירה מחליקה את קרקעית התעלה, מבטלת חסימות טבעיות כמו דיונות, סלעים, עשבים ומיטות צדפות המעכבות זרימה, והופכת אותה משביל מחוץ לכביש למסלול מירוץ חלקלק של NASCAR. ללא זרימת מים זו, פחות אנרגיה הולכת לאיבוד, מה שמגדיל את הגאות והגאות הסוערות הנכנסות. העמקת תעלות מורידה גם את השפעות הסערה. מים שזזים באטיות בתחתית אינם מתערבבים באותה מידה עם מים מהירים יותר הנעים לפני השטח (חשבו על האמרה הישנה שמים עדיין זורמים עמוק), כך שמי השטח בעצם מחליקים על פיהם מבלי שהם מאטים כמעט באותה מידה.
גם טלק ועמיתיו גילו כי ההפך של העמקת הערוץ עשוי להיות נכון. בעיתון משנת 2015 הם הדגימו את ההשפעה של מפרץ ג'מייקה הרדוד של ניו יורק וגילו כי החזרת התעלה למעמקים טבעיים והיסטוריים תפחית את טווח הגאות והשפל בסערה.
"התערבויות הנדסיות ישירות ושינויים בקווי החוף והשפכים שלנו והנמלים יכולים להשפיע מאוד", אומר טלק. "אנו עשויים לשנות את הפיזיקה של המערכת."
גיאופוטות 14, מגדל הופר נגרר להובלת יניקה, מרים את הבום שלו מתעלה בהולנד. הספינה יכולה לחפור לעומק של 33.8 מטר, ואף עמוקה יותר עם שלוחה. (Wikimedia Commons / CC 3.0) למרות המגמות הכלליות, כל מיקום שונה. כל סערה שונה. העמקת התעלות, למשל, מפחיתה את ההשפעה של רוחות המניעות מים במעלה שפך. העמקת ערוצי המקומות במקומות מסוימים עשויה שלא להשפיע ואף עלולה להפחית את גאות הסערה וההצפות, דבר שנראה כי החוקרים קורים בפורטלנד, אורגון ואלבני, ניו יורק. באותם מיקומים השפעה גדולה יותר על צמצום שיפוע הנהרות הנגרמים כתוצאה מחפירת תעלות מאשר העמקת התעלות.
אולם בג'קסונוויל, התוכניות להגדיל את עומק הערוץ ל -47 מטרים היו שנויות במחלוקת בעקבות הצפות במהלך הוריקן אירמה, סערה בקטגוריה 1 בשנת 2017 שהגיעה לרמות גל היסטורי למרות שהתרחשה בזמן השפל. קבוצה סביבתית מקומית, נהר סנט ג'ונס, תבעה להפסיק את הביוב. במהלך 120 השנים האחרונות, חפירת התעלה בנהר סנט ג'ונס, שמצטמצמת כשמתגלגלת במרכז העיר במרחק של 26 מיילים מהאוקיאנוס, לעומק של מטר וחצי ממטר. כמו וילמינגטון, העמקת התעלות וייעול הנהר כמעט הכפילה את טווח הגאות סביב ג'קסונוויל, לפי טלק.
קרל פרידריךס, יו"ר המחלקה למדעי הפיזיקה במכון וירג'יניה למדעי הים, חלק ממכללת וויליאם ומרי, אומר שטלקה הייתה מובילה בשימוש ברשומות גאות היסטוריות לבחינת שינויים במערכות החוף. "התרשמתי מאוד מהיצירה שראיתי", אומר פרידריך. "אחד הנושאים של עבודתו שהוא ממש מסודר הוא שהוא מתאר פידבקים לא-לינאריים בלתי צפויים, שם אתה חושב שדבר אחד קורה, אבל יש מפל של דברים אחרים שקורים."
העמקת תעלות, למשל, מובילה לשקעים העוברים למקומות בלתי צפויים, ממש מבולבלים את המים, ומגבירה גם את חדירת מי המלח לנהרות מים מתוקים, שיש להם השפעות מפלגות. כריסטופר זומרפילד, אוקיאוגרף חופי וגיאולוג באוניברסיטת דלאוור, פרסם מאמרים עם טלק ואחרים במפרץ ניוארק ובמפרץ דלוור. בשפך דלוור, אומר סומרפילד, העמקת התעלות הגדילה את המליחות במעלה הנהר קרוב יותר לפילדלפיה וטרנטון. כאשר קו המלח זוחל במעלה הזרם, הוא לא רק משנה את חיי הים, אלא מאיים על אספקת המים המתוקים לפילדלפיה (נהר דלאוור) כמו גם לתעשיות שמשתמשות במים (מי המלח מאכלים בהרחבה). בנוסף, אומר זומרפילד כי חפירת תחזוקה מסלקת משקעים שיצרו בעבר שטחי בוץ וביצות לאורך הנהר - תכונות חשובות בהענקת אנרגיית הגלים.
במאמר שפורסם לאחרונה טוענים טלק וחבריו כי קהילות חוף פגיעות עשויות לזלזל בהשפעה המשולבת של שינויים בגאות גאות סערה, כוח גלים, אובדן שדות רטובים ועליית מפלס הים. "אני חושב שאנשים מתחילים להידרש לעובדה שאתה לא סתם גאה כשלעצמו, ואין לך נחשול סערה בפני עצמו או שגובה פני הים עולה מעצמו", הוא אומר. "אתה לא יכול להתייחס לכולם באופן עצמאי, להוסיף את הכל ולקבל את השינוי בסיכון. אתה צריך לשקול את כולם במשותף."
מבחינת Talke, השאלה כעת היא כיצד הרמזים האלה שהיו אפויים בעבר היו יכולים לעצב עתיד בטוח יותר. "יש לך השפעה משתנה זו במקום שיש, במובן מסוים, מנצחים ומפסידים. יש כמה מקומות כמו אלבני שרואים ירידות בסיכון, ויש כמה מקומות שרואים עלייה גדולה בסיכון, " הוא אומר. "מה שאני מודאג לגבי זה שממש לא חקרנו את זה באופן מלא, כך שאנחנו לא יודעים אילו אזורים הולכים להיות מושפעים יותר ואילו אזורים מוגנים מעט יותר.
"על ידי למידה מהעבר", מוסיף טלק, "נוכל להתכונן טוב יותר לעתיד."
