I rotoli di carta, larghi 13 pollici, si estendevano a 60 piedi di lunghezza, così Stefan Talke riunì i tavoli all'interno dell'Archivio Nazionale per srotolare i fogli di scarabocchi che tracciavano l'ascesa e la caduta delle maree risalenti a prima della guerra civile. "È stato fantastico", ricorda. "Ho pensato che tutti questi documenti fossero andati persi, ed eccomi qui con le chiavi del palazzo."
I documenti sono le chiavi non solo per comprendere il passato, ma anche per le città future come Wilmington, nella Carolina del Nord; Jacksonville, in Florida; Jamaica Bay, New York e altri porti in tutto il paese. Spronati da questi record di maree, Talke e i suoi colleghi hanno creato modelli di computer che mostrano come l'approfondimento dei canali per ospitare le navi mercantili può causare maree più elevate e aumentare notevolmente le inondazioni causate dalle mareggiate in alcune città.
Le pergamene dei documenti quel giorno nel 2011 provenivano da Astoria, Oregon, sul fiume Columbia, vicino a Talke, professore associato di ingegneria ambientale alla Portland State University che studia l'idrodinamica di estuari, fiumi e oceani. Nel corso dei prossimi anni, Talke e i suoi colleghi hanno portato alla luce altri racconti di marea perduti che coprono New York, Carolina del Nord, Massachusetts, Florida, Delaware, Virginia e altre zone costiere. Ogni volta, hanno fatto delle foto dei dischi e sono tornate nello Stato di Portland, dove gli studenti di Talke hanno trasferito scrupolosamente le informazioni in un database digitale di informazioni sulle maree durante tutto il diciannovesimo secolo. I primi documenti risalgono a Boston negli anni 1820, decenni più vecchi di quelli precedentemente disponibili.
Mappa degli Stati Uniti sulla costa e il rilevamento geodetico di St. John River, dal 1899. Jacksonville è la cittadina sul lato sinistro dell'immagine. Vicino a Dame Point, il canale fu dragato a 18 piedi nel 1894. (Talke et al.) Talke combinò quel vecchio stile di investigazione con la modellistica ad alta tecnologia per esaminare i cambiamenti negli estuari legati al dragaggio iniziato circa 150 anni fa nelle città portuali. Si chiedeva se avrebbe trovato effetti simili a quello che aveva scoperto durante un progetto post-dottorato che studiava l'estuario del fiume Ems al confine tra Germania e Paesi Bassi. In Europa, ha cercato di spiegare perché si era verificato un drammatico aumento della concentrazione di sedimenti, portando a una diffusa riduzione dell'ossigeno e un disastro ecologico. Quello che imparò lì fu che le maree si erano spostate, quasi raddoppiando nel giro di decenni. Perché? L'approfondimento, l'ottimizzazione e l'ampliamento del canale di navigazione nel tempo avevano causato un drastico cambiamento nell'idrodinamica dell'estuario.
Alcune città portuali lungo le coste degli Stati Uniti mostrano risultati simili all'estuario dell'Ems River, anche se Talke avverte che ogni estuario è diverso. In alcuni punti, ha scoperto che l'approfondimento del canale ha mitigato il rischio di alluvioni. In altri, i cambiamenti nel corso di oltre un secolo sono stati drammatici, raddoppiando l'altezza prevista della tempesta, molto al di sopra di ciò che l'innalzamento del livello del mare, l'aumento dell'intensità della tempesta e altri fattori potrebbero indicare. Sembra che gli effetti siano più dannosi a monte e lontano dalle coste, in luoghi in cui le persone pensano di avere meno rischi.
La chiave di questi risultati sono i documenti storici che Talke ha scoperto. Hanno permesso ai ricercatori di ribaltare il solito ruolo dei modelli di computer — predire il futuro — e viaggiare indietro nel tempo per esaminare il comportamento di estuari e fiumi prima di approfondire il canale. Quando i loro modelli riproducono le maree storiche che il team di Talke ha trovato nei documenti cartacei, dà loro la sicurezza che i modelli siano corretti.
"Questo è un uso accurato dei documenti d'archivio che possono affrontare importanti problemi che sono passati inosservati e anche fornire informazioni su quanto un sistema come un estuario sia sensibile alle mutevoli condizioni", afferma Talke. "Nel corso di un arco temporale di oltre un secolo, abbiamo notevolmente modificato la topografia subacquea dei nostri porti e degli estuari. Abbiamo letteralmente spostato montagne di terra, fatto esplodere i fondali marini, raddrizzato le valli e creato superstrade per navi superlativamente grandi. Queste alterazioni a i nostri porti sono onnipresenti in tutto il mondo con effetti che in molti casi non abbiamo ancora preso in considerazione o addirittura delineato ".
Uno di questi luoghi è Wilmington, nella Carolina del Nord, che ha uno dei più alti episodi di inondazioni di giornate di sole nel paese, più di 80 giorni all'anno di recente. Le letture che Talke trovò risalenti al 1887 mostrano che la gamma delle maree di Wilmington è raddoppiata negli ultimi 130 anni, cambiando in modo significativo la frequenza delle cosiddette inondazioni.
Vicino alla costa, le maree sono aumentate solo leggermente - un segno che i cambiamenti sono guidati da alterazioni artificiali del fiume. Utilizzando la modellazione al computer, Talke e uno studente, Ramin Familkhalili, hanno determinato che l'uragano del caso peggiore previsto da un uragano di categoria 5 è aumentato a 18 piedi, da 12 piedi nel 19 ° secolo, quando i canali intorno a Wilmington erano metà della profondità di oggi .
Una nave portacontainer passa vicino a Bald Head Island, NC, in rotta verso il porto di Wilmington giovedì 8 agosto 2013. (AP Photo / Harry Hamburg) L'uragano Firenze ha inondato la città a settembre. "Penso che si possa dire che parte dell'inondazione è stata molto probabilmente causata da modifiche al sistema", afferma Talke. Nota che Wilmington ha tratto beneficio dall'essere dalla parte dell'uragano con venti che soffiavano al largo, smorzando l'ondata di tempesta. Per comprendere appieno, aggiunge, i ricercatori dovrebbero fare un modello su vasta scala che includa la pioggia e il campo del vento.
Man mano che le navi portacontainer sono diventate sempre più grandi, stimolate dall'approfondimento del Canale di Panama, i porti di tutto il mondo hanno dragato canali sempre più profondi, fino a 50 piedi o più per i porti di New York, Baltimora, Norfolk, Charleston e Miami. Gli studi di fattibilità per tali progetti, comprese le analisi dell'Esercito del Corpo degli Ingegneri, esaminano le prospettive economiche e alcuni degli impatti ambientali, ma hanno respinto l'effetto dell'approfondimento del canale sui cambiamenti di marea, inondazioni e mareggiate. A livello globale, i progetti di dragaggio sono in corso per il fiume Elba e il porto di Amburgo, il più grande porto della Germania; Rotterdam, il porto più grande d'Europa; e il porto di Busan in Corea, tra gli altri.
L'effetto in alcuni luoghi è stato quello di invitare nell'oceano ed esporre le città a decine di miglia a monte di maree estreme e inondazioni. Ma come può l'approfondimento del canale aumentare la portata delle maree e quindi le mareggiate e le inondazioni? Ci sono due fattori principali.
Il dragaggio leviga il fondo di un canale, eliminando ostacoli naturali come dune, rocce, erbe e letti di ostriche che impediscono il flusso, trasformandolo da un ruvido sentiero fuoristrada in una pista di scorrimento NASCAR. Senza quella resistenza sul flusso d'acqua, si perde meno energia, aumentando la marea in arrivo e le mareggiate. L'approfondimento dei canali riduce anche gli effetti della turbolenza. L'acqua che si muove lentamente sul fondo non si mescola tanto con l'acqua che si muove più velocemente vicino alla superficie (si pensi al vecchio detto che le acque ferme scorrono in profondità), quindi le acque di superficie essenzialmente pattinano senza essere rallentate quasi altrettanto.
Talke e i suoi colleghi hanno anche scoperto che potrebbe essere vero il contrario dell'approfondimento del canale. In un articolo del 2015, hanno modellato l'effetto di rendere superficiale la Jamaica Bay di New York e hanno scoperto che il ripristino del canale a profondità naturali e storiche avrebbe ridotto la portata delle maree e l'ondata della tempesta.
"Gli interventi di ingegneria diretta e le modifiche alle nostre coste, estuari e porti possono avere un grande effetto", afferma Talke. "Potremmo davvero cambiare la fisica del sistema."
Geopotes 14, una draga trainante a tramoggia aspirante, solleva il braccio da un canale nei Paesi Bassi. La nave può dragare a una profondità di 33, 8 metri e persino più in profondità con un'estensione. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Nonostante le tendenze generali, ogni posizione è diversa. Ogni tempesta è diversa. L'approfondimento del canale, ad esempio, riduce l'effetto dei venti che spingono l'acqua su un estuario. L'approfondimento dei canali in alcuni luoghi potrebbe non avere alcun effetto o addirittura mitigare le ondate e le inondazioni, come affermano i ricercatori a Portland, Oregon e Albany, New York. In quei luoghi, una riduzione della pendenza dei fiumi causata dal dragaggio del canale ha avuto un'influenza maggiore rispetto all'approfondimento del canale.
Ma a Jacksonville, i piani per aumentare la profondità del canale a 47 piedi sono stati controversi a seguito delle inondazioni durante l'uragano Irma, una tempesta di categoria 1 nel 2017 che ha raggiunto livelli di impennata storici nonostante si verificasse durante la bassa marea. Un gruppo ambientalista locale, St. Johns Riverkeeper, ha fatto causa per fermare il dragaggio. Negli ultimi 120 anni, il canale nel fiume St. Johns, che si restringe mentre attraversa il centro città a 26 miglia dall'oceano, è stato dragato a una profondità di 41 piedi da 18 piedi. Come Wilmington, il canale di approfondimento e razionalizzazione del fiume ha quasi raddoppiato la portata delle maree intorno a Jacksonville, secondo Talke.
Carl Friedrichs, presidente del Dipartimento di Scienze fisiche del Virginia Institute of Marine Science, parte del College of William & Mary, afferma che Talke è stato il leader nell'uso dei registri storici delle maree per esaminare i cambiamenti nei sistemi costieri. "Sono rimasto molto colpito dal lavoro che ho visto", afferma Friedrichs. "Uno dei temi del suo lavoro che è davvero pulito è che descrive feedback inattesi non lineari, in cui pensi che una cosa stia accadendo, ma c'è una cascata di altre cose che accadono."
L'approfondimento dei canali, ad esempio, porta a sedimenti che si spostano in luoghi inaspettati, confondendo letteralmente le acque e aumentando anche l'intrusione di acqua salata nei fiumi di acqua dolce, con effetti a cascata. Christopher Sommerfield, oceanografo costiero e geologo dell'Università del Delaware, ha pubblicato articoli con Talke e altri su Newark Bay e Delaware Bay. Nell'estuario del Delaware, afferma Sommerfield, l'approfondimento del canale ha aumentato il flusso di salinità più vicino a Filadelfia e Trenton. Mentre la linea salina si insinua a monte, non solo cambia la vita marina ma minaccia l'approvvigionamento di acqua dolce per Filadelfia (il fiume Delaware) e per le industrie che usano l'acqua (l'acqua salata è costosamente corrosiva). Inoltre, Sommerfield afferma che il dragaggio di manutenzione rimuove i sedimenti che una volta creavano fanghi e paludi lungo il fiume, caratteristiche importanti per smorzare l'energia delle onde.
In un recente articolo, Talke e i suoi colleghi autori sostengono che le comunità costiere vulnerabili potrebbero sottovalutare l'impatto combinato dei cambiamenti delle maree, della forza delle onde, della perdita di zone umide e dell'innalzamento del livello del mare. "Penso che le persone stiano iniziando a capire il fatto che non hai solo una marea da sola, e non hai una tempesta da solo o il livello del mare che si alza da solo", dice. "Non puoi trattarli tutti in modo indipendente, aggiungere tutto e ottenere il cambiamento nel rischio. Devi considerarli congiuntamente."
Per Talke, la domanda ora è come quegli indizi avvolti dal passato possano plasmare un futuro più sicuro. "Hai questo effetto variabile in cui ci sono, in un certo senso, vincitori e vinti. Ci sono alcuni posti come Albany che vedono una riduzione del rischio e alcuni che vedono un grande aumento del rischio", dice. "Ciò di cui sono preoccupato è che non abbiamo studiato a fondo questo aspetto, quindi non sappiamo quali regioni saranno più colpite e quali regioni sono un po 'più protette.
"Imparando dal passato", aggiunge Talke, "possiamo prepararci meglio per il futuro".
