編者注:本文最初發表於2001年10月號的《大眾科學》雜誌。
一個個箱子堆疊起來,有八英尺高,排列在寬敞、沒有窗戶的房間的牆壁旁。裡面是全新的屍袋,總共有10,000個。如果一場大型、緩慢移動的颶風從墨西哥灣以正確的軌跡穿過,它將引發海嘯,將新奧爾良淹沒在20英尺的水下。“當水退去時,”當地應急管理主任沃爾特·馬埃斯特里說,“我們預計會發現很多屍體。”
新奧爾良是一場等待發生的災難。這座城市位於海平面以下,坐落在一個碗狀窪地中,周圍環繞著堤壩,抵禦著北部的龐恰特雷恩湖以及南部和西部的密西西比河。由於一系列可悲的因素匯聚,這座城市正在進一步下沉,即使是小風暴過後,也面臨著越來越大的洪水風險。低窪的密西西比河三角洲,原本可以緩衝城市免受海灣侵襲,也在迅速消失。從現在起一年後,又將有25到30平方英里的三角洲沼澤地消失——面積相當於曼哈頓。每24分鐘就消失一英畝。每一次損失都為風暴潮掃過三角洲並傾瀉到碗狀窪地中掃清了道路,將一百萬人困在裡面,另有一百萬人困在周圍的社群中。大規模疏散將是不可能的,因為洶湧的水流將切斷為數不多的逃生路線。路易斯安那州立大學(L.S.U.)的科學家們在先進計算機上模擬了數百種可能的風暴路徑,預測可能有超過10萬人死亡。這些屍袋遠遠不夠用。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您將有助於確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
直接襲擊是不可避免的。每年都有大型颶風逼近。1965年,颶風貝茜將城市部分地區淹沒在八英尺的水下。1992年,巨大的颶風安德魯與該市擦肩而過,僅差100英里。1998年,颶風喬治斯在最後一刻轉向東,但仍然造成數十億美元的損失。罪魁禍首是自然過程,但由於人類的干預而人為加速——修建河流堤壩、排乾溼地、疏浚航道以及在沼澤地中開挖運河。具有諷刺意味的是,科學家和工程師們表示,唯一的希望是更多的改造,儘管他們不一定同意應該實施哪些擬議的專案。路易斯安那州立大學的專家警告說,如果不進行干預,保護性的三角洲將在2090年消失。沉沒的城市將直接位於海邊——最好的情況是一個麻煩纏身的威尼斯,最壞的情況是一個現代版的亞特蘭蒂斯。
似乎對人類生命的威脅還不夠,新奧爾良潛在的溺水也帶來了嚴重的經濟和環境後果。路易斯安那州海岸生產了全國三分之一的海鮮、五分之一的石油和四分之一的天然氣。它擁有全國40%的沿海溼地,併為70%的候鳥提供了越冬地。從新奧爾良到巴吞魯日的密西西比河沿岸設施構成了全國最大的港口。三角洲還孕育了美國精神中一個獨特的元素;它是爵士樂和布魯斯音樂的源泉,是卡津和克里奧爾文化一切事物的源頭,也是狂歡節的故鄉。然而,到目前為止,華盛頓已經拒絕了對鉅額援助的呼籲。
修復三角洲將成為國家和世界的一個寶貴案例。由於與路易斯安那州相同的原因,沿東海岸、其他墨西哥灣沿岸各州、舊金山灣和哥倫比亞河河口,沿海沼澤正在消失。休斯頓的部分地區下沉速度比新奧爾良還快。全球各主要三角洲——從委內瑞拉的奧裡諾科河三角洲到埃及的尼羅河三角洲,再到越南的湄公河三角洲——都處於與100到200年前密西西比河三角洲相同的脆弱狀態。來自新奧爾良的經驗教訓可以幫助為這些地區更安全的發展建立指導方針,該州可以將修復技術出口到世界各地。在歐洲,萊茵河、羅訥河和波河三角洲的土地正在流失。如果由於全球變暖,未來100年左右海平面大幅上升,紐約等眾多低窪沿海城市將需要採取類似於路易斯安那州提出的保護措施。�
眼見為實
謝伊·彭蘭德是最適合解釋三角洲困境的人之一。他現在是新奧爾良大學的地質學家,曾在路易斯安那州立大學工作了16年;為美國陸軍工程兵團做承包工作,該兵團負責修建堤壩;在實施沿海修復專案的聯邦和州工作組任職;併為石油和天然氣行業提供諮詢。然而,他最大的資歷是,他認識沿衰退海岸線的每一個小海灣鎮、每一片沼澤地和每一片沙洲上的當地人——那些每天都在經歷其退化的人們。
五月中旬的一個早晨,彭蘭德穿著牛仔褲和馬球衫,急切地想讓我坐上他那輛破舊的紅色福特F150皮卡,以便我們可以探索新奧爾良以南50英里潮溼景觀中正在發生的事情。密西西比河透過每年春季洪水期間沉積大量沉積物,在幾個世紀中形成了構成路易斯安那州東南部的三角洲平原。儘管乾燥的沙子和淤泥會在自身重量下壓縮並下沉一些,但下一次洪水會重建它們。然而,自1879年以來,工程兵團應國會的要求,逐步用堤壩沿著河流兩岸修築,以防止洪水破壞城鎮和工業。這條河現在從路易斯安那州北部到墨西哥灣都被束縛住了,切斷了沉積物的供應。結果,平原剛剛在不斷逼近的海洋下沉。隨著溼地的消失,新奧爾良免受海洋侵襲的保護也隨之消失。颶風的風暴潮可以達到20英尺以上的高度,但每四英里的沼澤地可以吸收足夠的水,使其高度降低一英尺。
新奧爾良郊外的平坦沼澤仍然是一塊充滿活力的海綿,是淺淡水、綠色沼澤草和長滿西班牙苔蘚的柏樹沼澤不斷變化的混合體。但是,當彭蘭德和我到達通往海灣的中途點時,這塊海綿變得嚴重撕裂和浸水。在隆起的石基上的孤立道路經過生鏽的拖車房屋和沿著現在被洪水淹沒的海灣的前妓院;成片的裸露的枯樹;以及棕色的草地和空曠的水域。
在福雄港下游,破敗的沼澤最終讓位於開闊的海灣,沉降和侵蝕非常嚴重。唯一的道路只是為了服務於一系列荒涼的波紋建築,石油和天然氣管道從數百個海上井口彙集於此。無數的平臺形成了一片陰暗的鋼鐵森林,從海中升起。為了運入貨物,化石燃料公司在整個沿海和內陸沼澤地中疏浚了數百英里的航道和管道運河。每一次開挖都會移除土地,而船隻交通和潮汐會穩步侵蝕河岸。彭蘭德說,美國海灘平均每年侵蝕約兩英尺,但福雄港每年損失40到50英尺——是全國最快的速度。運河網路還使鹽水很容易進入內陸沼澤,提高了其鹽度,並從根部殺死草和底層森林。沒有植被可以阻止風和水侵蝕沼澤。在石油和天然氣行業資助的一項研究中,彭蘭德記錄了該行業造成了三角洲三分之一的土地流失。
鱷魚科學
杜埃特兄弟親身瞭解了各種因素如何加速土地流失,使其超出自然沉降的範圍。託比和丹尼是彭蘭德在我們路線上遇到的兩位當地朋友,他們住在一個50英尺長的米色駁船綜合體中,該駁船停泊在福雄港西北約20英里的15平方英里的破碎沼澤地中間。他們的家人在16年前租用了石油公司的土地,用於捕魚和狩獵,當時那裡還只是潮溼的土地。現在它位於五到八英尺的水下。他們過濾雨水用於飲用,處理自己的汙水,捕撈他們吃的食物,並透過接待體育愛好者的過夜釣魚派對來賺錢。十幾個井口點綴著沼澤地,託比在那裡乘船接我們。當他穿過一條運河駛向駁船時,他說:“我過去可以向兩側的泥地吐口水。現在他們在這裡運送大型石油集裝箱。”�
在駁船寬敞的房間內,丹尼提供了其他衡量標準:“兩年前,我們在運河邊緣將一根木製二乘四的木材打入泥中,以固定我們的鱷魚陷阱。前幾天我經過那裡;邊緣已經從木樁處後退了18英尺。不過,這也沒什麼大不了的。鱷魚已經消失了。水太鹹了。”
隨著沼澤地的消失,三角洲僅存的防禦是幾處搖搖欲墜的 barrier islands (近岸沙洲),它們在一個世紀前是該地區海岸線的一部分。第二天早上,彭蘭德和我沿著海岸向下行駛了一個小時,到達路易斯安那州立大學海洋聯盟,這是一個位於科科德里的科學前哨站,科科德里是海岸邊緣科學家和漁民的營地。從那裡,我們乘坐聯盟的一艘灰色研究船出發。
這艘船在看起來波濤洶湧的海面上顛簸了50分鐘才到達伊爾斯德尼耶爾斯(法語中的“最後的島嶼”)。但開闊的海浪永遠不會超過七英尺深。這片廣闊的淺水區曾經長滿了搖曳的草,偶爾會被狹窄、蜿蜒曲折的水道分隔開,水道里充滿了蝦、牡蠣、紅魚和鱒魚。彭蘭德在海灣邊的泥地裡讓我們靠岸。我們走過僅僅80碼的貧瘠沙地,然後腳趾觸及海洋。在遠處,兩側都可以看到類似的微小露頭。它們是一個曾經非常長、堅固的島嶼的殘餘物,島嶼上長滿了黑色紅樹林。“它阻擋了海浪,降低了風暴潮,並阻擋了鹽水,因此它後面的沼澤可以繁榮生長,”彭蘭德哀悼著說道。現在,海洋從旁邊洶湧而過。
路易斯安那州的 barrier islands (近岸沙洲)的侵蝕速度比全國任何地方都快。每年都有數百萬噸沉積物從密西西比河口流出,並被沿岸流帶到這些島嶼,堆積起來,填補潮汐侵蝕掉的部分。但在一定程度上,由於堤壩和疏浚阻止了河流最後幾英里自然蜿蜒,河口已經延伸到大陸架。沉積物只是從水下懸崖的邊緣掉入深海。
第二天回到新奧爾良後,情況變得明顯,其他人類活動使情況變得更糟。克利夫·穆格尼爾是路易斯安那州立大學的一位大地測量學家,他也為工程兵團兼職工作,他從矩形的混凝土工程兵團總部大樓的三樓解釋了原因,該大樓位於工程兵團建造和重建了122年的密西西比河堤壩之上。
穆格尼爾說,三角洲下方的地球由幾層淤泥組成——一種數百英尺深的溼泥炭——由幾個世紀的洪水形成。隨著工程兵團修建了河流堤壩,城市和工業排幹了大型沼澤,這些沼澤在過去幾十年中被認為是荒地。阻止洪水和排出地表水降低了地下水位,使頂部的淤泥乾燥、固結和下沉,加速了城市低於海平面的下沉——這是一個已經在進行的自然下沉過程,因為底層的淤泥自然固結。
這還不是全部。隨著碗狀窪地變得更深,它會在日常暴雨期間被淹沒。因此,工程兵團與該市的汙水和水務委員會合作,開始挖掘迷宮般的運河來收集雨水。唯一可以排放的地方是龐恰特雷恩湖。但由於該湖的平均海拔為一英尺,合作伙伴不得不在運河源頭建造泵站,將收集到的徑流向上泵入湖中。
這些泵還具有另一個關鍵功能。由於運河基本上是溝渠,地下水會從潮溼的土壤中滲入其中。但如果它們滿了,它們就無法在暴風雨期間接納水。因此,該市定期執行水泵以排出運河中的滲漏,這會從地下抽取更多的水,導致進一步的乾燥和下沉。“我們正在加劇我們自己的問題,”穆格尼爾說。事實上,工程兵團正在建造更多的運河並擴大泵站,因為城市下沉得越低,洪水就越多。與此同時,街道、車道和後院坍塌,房屋在天然氣管道破裂時爆炸。穆格尼爾還擔心與該市接壤的教區(縣),這些教區隨著人口增加而挖掘排水溝。他說,在西部的聖查爾斯教區,“地表可能會下沉多達14英尺。”�
驚嚇
人類無法阻止三角洲的下沉,也無法拆除堤壩以允許河流自然洪水氾濫和蜿蜒,因為該地區已經開發。大多數科學家和工程師都認為,唯一現實的解決方案是重建廣闊的沼澤地,以便它們能夠吸收高水位,並重新連線 barrier islands (近岸沙洲),以減少風暴潮並保護新生的沼澤地免受海洋侵蝕。
自1980年代後期以來,路易斯安那州參議員多次呼籲國會資助大規模補救工作。但他們沒有得到統一聲音的支援。路易斯安那州立大學有其風暴潮模型,工程兵團也有其他模型。儘管對總體解決方案達成了共識,但在具體專案的有效性方面競爭激烈。工程兵團有時將學者對災難的呼籲描繪成變相地為研究經費而遊說。學術界有時反駁說,工程兵團解決一切問題的辦法就是推土更多泥土和傾倒更多混凝土,而沒有科學依據。與此同時,牡蠣養殖戶和蝦農抱怨說,科學家和工程師提出的建議都會毀壞他們的漁場。
倫·巴爾是州長沿海活動辦公室主任,他試圖將所有人聚集在一起。巴爾對路易斯安那州南部充滿熱情,經歷了三位州長,每位州長都有不同的同情心。“這就是科學必須運作的領域,”巴爾說。“有五個聯邦機構和六個州機構對溼地中發生的事情擁有管轄權。” 巴爾沮喪地說,在整個1990年代,“我們每年只從國會獲得4000萬美元”,與需求的巨大缺口相比,這只是杯水車薪。即使有了這些資金成為可能的小專案,路易斯安那州科學家預測,到2050年,路易斯安那州沿海地區將再失去1,000平方英里的沼澤和溼地,面積相當於羅德島。
然後,颶風喬治斯於1998年9月來襲。其猛烈旋轉的風力形成了一堵17英尺高的水牆,頂部是滾滾巨浪,威脅要湧入龐恰特雷恩湖並衝入新奧爾良。這正是路易斯安那州立大學早期模型警告過的猛獸,它正朝著這座城市襲來。幸運的是,就在喬治斯登陸之前,它減速並向東轉了僅僅兩度。風暴潮在突然混亂的風力下崩潰了。
宏偉計劃
科學家、工程師和政治家們意識到整個三角洲離災難有多麼近,巴爾說,這嚇壞了他們,讓他們達成了共識。1998年末,州長辦公室、州自然資源部、美國陸軍工程兵團、環境保護署、魚類和野生動物管理局以及該州所有20個沿海教區釋出了2050年海岸——一份恢復路易斯安那州沿海地區的藍圖。
然而,沒有任何團體受到該計劃的約束,如果所有專案都得以實施,總價將達到140億美元。“那麼,”我在巴吞魯日州長辦公室隔壁的九樓會議室裡問道,“給我一份2050年海岸專案中最重要的專案的簡短清單。” 在我面前的是路易斯安那州立大學路易斯安那州水資源研究所所長喬·蘇海達,他模擬了許多風暴路徑,並瞭解關鍵科學家、工程兵團工程師和城市應急規劃人員;維巴斯·阿拉瓦穆坦,他負責路易斯安那州立大學計算機模型的程式設計;倫·巴爾;以及巴爾的副手保羅·坎普。他們都參與了2050年海岸的設計。
他們首先決定,在密西西比河沿岸的幾個關鍵地點建造河流改道工程,以恢復正在消失的沼澤地。在每個地點,工程兵團都會在其南側的河流堤壩上開挖一條通道,並建造控制閘門,允許淡水和懸浮沉積物向下沖刷,穿過選定的沼澤地,流向海灣。水可能會破壞牡蠣床,但如果仔細選擇地點,可以與土地所有者達成協議。�
路易斯安那州每24分鐘就流失一英畝土地。
第二步:使用來自附近船舶淺灘的超過5億立方碼的沙子重建南部的 barrier islands (近岸沙洲)。接下來,工程兵團將在河流三角洲的狹窄頸部,大約在中間位置開挖一條通道。船舶可以在那裡進入河流,縮短它們前往內陸港口的行程,並節省他們的資金。然後,工程兵團可以停止疏浚河流的南端。河口將充滿沉積物並開始向西溢流,將沙子和淤泥送回那些可以維持 barrier islands (近岸沙洲)的沿岸流中。
通道計劃可能會被納入一項更大的州提案中,以建造一個全新的千年港。與新奧爾良港及其主要航道密西西比河海灣出口(MRGO,發音為Mr. Go)相比,它將為現代集裝箱船提供更深的吃水深度,工程兵團於1960年代初疏浚了該出口。該出口已被嚴重侵蝕——最初寬度為500英尺,在某些地方擴大到2,000英尺——並引入了源源不斷的鹽水,這些鹽水已經殺死了曾經保護新奧爾良東部免受海灣風暴侵襲的大部分沼澤地。如果通道或千年港建成,工程兵團可以關閉密西西比河海灣出口。
三角洲盔甲中剩下的一個弱點是龐恰特雷恩湖東邊緣與海灣相連的一對狹窄海峽。顯而易見的解決方案是對它們進行閘門控制,就像荷蘭 регулирует (規範)北海流入內陸的流量一樣。但這將很難推銷。“我們過去曾提出過這個建議,但被否決了,”巴爾說。該專案的成本將非常高昂。
當然,這份最有希望的2050年海岸專案清單只是一小群人的願景,但其他公認的專家也同意其基本原理。路易斯安那州立大學颶風中心副主任、地質學家伊沃爾·範·希爾登也認為,“如果我們想成功,我們就必須模仿自然。建造改道工程和重建 barrier islands (近岸沙洲)沉積物流是最接近我們可以做到的。” 謝伊·彭蘭德基本上同意,儘管他警告說,密西西比河可能沒有攜帶足夠的沉積物來供應多個改道工程。美國地質調查局羅伯特·米德的研究表明,懸浮沉積物的供應量不到1953年之前的一半,主要是被沿河穿過美國中部的水壩轉移了。
如果不採取行動,一百萬人可能會被困。
就工程兵團而言,2050年海岸的所有專案都應該實施。第一個成為現實的是戴維斯塘改道工程,預計將於今年年底開始執行。專案經理阿爾·內奧米是一位擁有30年經驗的工程兵團土木工程師,以及生物海洋學家布魯斯·貝爾德,帶我參觀了位於新奧爾良以西20英里的密西西比河南部堤壩上的建築工地。該結構看起來像一個普通的堤壩,與堤壩對齊。其中部部分的鋼製閘門,每個都足夠大,可以開進一輛公共汽車,將開啟和關閉以控制流經其中的水。水將流出到一個寬闊的沼澤開闊地帶,該地帶向南延伸一英里,形成一個淺河床,將逐漸分散到無邊界的沼澤中。該結構將從密西西比河改道高達10,650立方英尺/秒(cfs)的水,密西西比河在新奧爾良的總流量從乾旱期間的不到200,000立方英尺/秒到洪水期間的超過100萬立方英尺/秒不等。流出物應有助於保護33,000英畝的溼地、牡蠣床和漁場。
工程兵團對戴維斯塘持樂觀態度,因為它在凱爾納文取得成功,凱爾納文是它於1991年在密西西比河海灣出口附近開放的一個較小的實驗性改道工程。到1995年,凱爾納文透過增加沼澤地的沉積物並用淡水降低其鹽度,恢復了406英畝的土地。
誰應該買單?
工程兵團正在為戴維斯塘等專案聘請更多科學家,這表明分裂的各方開始更好地合作。巴爾希望透過要求對擬議的工程兵團專案進行獨立的科學審查,然後再由州政府簽署——路易斯安那州需要這樣做,因為國會將要求該州分擔此類工作的成本——從而進一步整合科學和工程。�
如果國會和喬治·W·布什總統聽到採取行動的一致呼籲,那麼授權這樣做似乎是明智的。恢復路易斯安那州沿海地區將保護該國的海鮮和航運業及其石油和天然氣供應。它還將拯救美國最大的溼地,這是一項大膽的環境舉措。如果不採取行動,新奧爾良以外的一百萬人將不得不搬遷。碗狀窪地內的另一百萬人將生活在一個正在下沉的隕石坑底部,周圍環繞著越來越高的牆壁,被困在一個病入膏肓的城市中,依靠不停地抽水來維持生命。
資助所需的科學和工程技術也將發掘出更好的方法來拯救該國正在消失的溼地和世界正在崩潰的三角洲。它將提高人類對自然長期過程的理解——以及干預(即使是出於善意)的風險。它還可以幫助各國政府學會如何在海平面上升以及極端天氣的情況下最大限度地減少損失,而此時美國國家海洋和大氣管理局預測,由於氣候變化,將出現更多強度更大的風暴。
沃爾特·馬埃斯特里並不歡迎這種前景。2001年颶風季節的第一個熱帶風暴艾莉森在六月份連續一週每天向新奧爾良傾瀉五英寸的雨水時,幾乎達到了抽水系統的最大負荷。馬埃斯特里在他的防洪指揮掩體中度過了夜晚,該掩體建在地下以躲避風暴;在那裡,他派遣了警察、急救人員、消防員和國民警衛隊。這僅僅是雨水,但已經給響應團隊帶來了壓力。“任何大量的水湧入這座城市都是一個危險的威脅,”他說。“即使我必須為此做好計劃,我也不想去想一場巨大的颶風會造成的生命損失。”�
