O papel rola, com 13 polegadas de largura, esticado para 60 metros de comprimento, assim Stefan Talke reuniu mesas dentro do Arquivo Nacional para desenrolar as folhas de rabiscos rastreando a ascensão e queda de marés que datam antes da Guerra Civil. "Foi fantástico", lembra ele. "Presumi que todos esses registros foram perdidos e aqui estou com as chaves do palácio."
Os registros são chaves não apenas para entender o passado, mas também para o futuro de cidades como Wilmington, Carolina do Norte; Jacksonville, Flórida; Jamaica Bay, Nova York e outros portos em todo o país. Estimulados por esses registros de maré, Talke e seus colegas criaram modelos de computador que mostram como o aprofundamento dos canais para acomodar navios de carga pode causar marés mais altas e aumentar drasticamente as inundações provocadas por tempestades em algumas cidades.
Os pergaminhos de registros daquele dia em 2011 foram de Astoria, Oregon, no rio Columbia, perto de onde Talke é professor associado de engenharia ambiental na Portland State University, estudando a hidrodinâmica de estuários, rios e oceanos. Nos anos seguintes, Talke e seus colegas descobriram mais contos de maré há muito perdidos cobrindo Nova York, Carolina do Norte, Massachusetts, Flórida, Delaware, Virgínia e outras áreas costeiras. A cada vez, eles tiravam fotos dos registros e retornavam ao Estado de Portland, onde os alunos de Talke transferiam meticulosamente as informações para um banco de dados digital de informações de maré ao longo do século XIX. Os registros mais antigos datavam de Boston na década de 1820, décadas mais antigas que as anteriormente disponíveis.
Pesquisa da costa e geodetic do US Mapa do St. John River, desde 1899. Jacksonville é a cidade pequena no lado esquerdo da imagem. Perto de Dame Point, o canal foi dragado para 18 pés em 1894. (Talke et al.) Talke combinou essa investigação antiquada com modelos de alta tecnologia para examinar as mudanças nos estuários relacionados à dragagem que começaram há cerca de 150 anos nas cidades portuárias. Ele se perguntou se encontraria efeitos semelhantes ao que descobriu durante um projeto de pós-doutorado estudando o estuário do Rio Ems, na fronteira da Alemanha e da Holanda. Na Europa, ele procurou explicar por que ocorreu um aumento dramático na concentração de sedimentos, levando a um esgotamento generalizado do oxigênio e a um desastre ecológico. O que ele aprendeu foi que as marés mudaram, quase duplicando em questão de décadas. Por quê? Aprofundar, racionalizar e ampliar o canal de navegação ao longo do tempo causou uma mudança dramática na hidrodinâmica do estuário.
Algumas cidades portuárias ao longo da costa dos EUA mostram resultados semelhantes ao estuário do Rio Ems, embora Talke tenha alertado que cada estuário é diferente. Em alguns lugares, ele descobriu que o aprofundamento do canal diminuiu o risco de inundações. Em outros, as mudanças ao longo de mais de um século foram dramáticas, dobrando a altura projetada do surto de tempestade, muito acima do que a elevação do nível do mar, o aumento da intensidade da tempestade e outros fatores podem indicar. Os efeitos, ao que parece, são mais prejudiciais a montante e longe das costas - em lugares onde as pessoas pensam que têm menos risco.
A chave para essas descobertas são os registros históricos que Talke descobriu. Eles permitiram que os pesquisadores mudassem o papel usual dos modelos de computador - predizendo o futuro - e voltassem no tempo para examinar como os estuários e os rios se comportavam antes do aprofundamento do canal. Quando seus modelos reproduzem as marés históricas que a equipe de Talke encontrou nos registros em papel, isso lhes dá confiança de que os modelos estão corretos.
"Este é um uso ordenado dos registros de arquivos que podem abordar problemas importantes que passaram despercebidos e também fornecem informações sobre a sensibilidade de um sistema como o de um estuário à mudança de condições", diz Talke. "Em um período de mais de um século, alteramos muito a topografia subaquática de nossos portos e estuários. Nós literalmente movemos montanhas de terra, explodimos montes marinhos, endireitamos vales e criamos superestradas para navios superlativamente grandes. Essas alterações nossos portos são onipresentes em todo o mundo com efeitos que nós não consideramos completamente ou mesmo mapeamos, em muitos casos. "
Um desses lugares é Wilmington, na Carolina do Norte, que tem uma das maiores ocorrências de inundações de dia de sol no país - mais de 80 dias por ano recentemente. As leituras que Talke encontrou datando de 1887 mostram que a amplitude das marés em Wilmington dobrou nos últimos 130 anos, mudando significativamente a frequência das chamadas inundações incômodas.
Perto da costa, as marés aumentaram apenas ligeiramente - um sinal de que as mudanças são provocadas por alterações artificiais no rio. Usando modelagem computacional, Talke e um estudante, Ramin Familkhalili, determinaram que a pior tempestade esperada de um furacão de categoria 5 aumentou para 18 pés, acima dos 12 pés no século 19, quando os canais ao redor de Wilmington eram da metade da profundidade de hoje. .
Um navio porta-contêiner passa perto de Bald Head Island, Carolina do Norte, a caminho do porto de Wilmington, na quinta-feira, 8 de agosto de 2013. (AP Photo / Harry Hamburg) O furacão Florence inundou a cidade em setembro. "Acho que você pode dizer que parte da inundação foi provavelmente causada por mudanças no sistema", diz Talke. Ele observa que Wilmington se beneficiou de estar do lado do furacão com ventos soprando no mar, amortecendo a tempestade. Para entender completamente, ele acrescenta, os pesquisadores teriam que fazer um modelo em escala real, incluindo chuvas e o campo de vento.
À medida que os navios de contêineres se tornam cada vez maiores, estimulados pelo aprofundamento do Canal do Panamá, portos em todo o mundo têm dragado canais cada vez mais profundos - para 15 metros ou mais para os portos de Nova York, Baltimore, Norfolk, Charleston e Miami. Estudos de viabilidade para esses projetos, incluindo análises do Corpo de Engenheiros do Exército, examinam as perspectivas econômicas e alguns dos impactos ambientais, mas descartaram o efeito do aprofundamento do canal em mudanças de marés, inundações e tempestades. Globalmente, projetos de dragagem estão em andamento para o Rio Elba e o porto de Hamburgo, o maior porto da Alemanha; Roterdã, o maior porto da Europa; e o porto de Busan, na Coréia, entre outros.
O efeito em alguns lugares tem sido o de convidar no oceano e expor cidades a dezenas de quilômetros a montante, a marés e inundações extremas. Mas como pode o aprofundamento do canal aumentar a amplitude das marés e, consequentemente, o aumento de tempestades e inundações? Existem dois fatores principais.
A dragagem suaviza o fundo de um canal, eliminando obstruções naturais como dunas, rochas, gramados e ossiers que impedem o fluxo, transformando-o de uma trilha off-road irregular em uma pista escorregadia da NASCAR. Sem esse arrasto no fluxo de água, menos energia é perdida, aumentando a maré entrando e os surtos de tempestades. O aprofundamento dos canais também diminui os efeitos da turbulência. A água em movimento lento no fundo não se mistura tanto com a água em movimento mais rápida perto da superfície (pense no velho ditado que diz que as águas ainda são profundas), de modo que as águas superficiais praticamente não diminuem a velocidade.
Talke e seus colegas também descobriram que o inverso do aprofundamento do canal pode ser verdade. Em um artigo de 2015, eles modelaram o efeito do escoamento da Baía da Jamaica em Nova York e descobriram que a restauração do canal para profundidades naturais e históricas diminuiria o alcance das marés e o aumento de tempestades.
"Intervenções de engenharia direta e modificações em nossos litorais e estuários e portos podem ter um grande efeito", diz Talke. "Nós podemos realmente estar mudando a física do sistema."
Geopotes 14, uma draga de sucção à direita, eleva seu boom de um canal na Holanda. O navio pode dragar a uma profundidade de 33, 8 metros, e ainda mais profundo com uma extensão. (Wikimedia Commons / CC 3.0) Apesar das tendências gerais, cada local é diferente. Cada tempestade é diferente. O aprofundamento dos canais, por exemplo, diminui o efeito dos ventos que levam a água ao estuário. O aprofundamento dos canais em alguns lugares pode não ter efeito ou até mesmo mitigar as tempestades e inundações, algo que os pesquisadores dizem ser o caso em Portland, Oregon e Albany, Nova York. Nesses locais, uma redução na inclinação dos rios causada pela dragagem do canal teve uma influência maior do que o aprofundamento do canal.
Mas em Jacksonville, os planos para aumentar a profundidade do canal para 47 pés foram controversos após as enchentes durante o furacão Irma, uma tempestade de categoria 1 em 2017 que atingiu níveis históricos de pico, apesar de ocorrer durante a maré baixa. Um grupo ambiental local, o St. Johns Riverkeeper, processou para impedir a dragagem. Nos últimos 120 anos, o canal no rio St. Johns, que se estreita ao esculpir no centro da cidade a 26 milhas do oceano, foi dragado a uma profundidade de 18 metros de 18 pés. Assim como Wilmington, o aprofundamento e a otimização do canal quase dobraram a faixa de marés em torno de Jacksonville, de acordo com Talke.
Carl Friedrichs, presidente do Departamento de Ciências Físicas do Instituto de Ciências Marinhas da Virgínia, parte do College of William & Mary, diz que Talke tem sido um líder no uso de registros históricos das marés para examinar as mudanças nos sistemas costeiros. "Fiquei muito impressionado com o trabalho que vi", diz Friedrichs. "Um dos temas de seu trabalho que é realmente interessante é que ele descreve feedbacks não-lineares inesperados, nos quais você acha que uma coisa está acontecendo, mas há uma cascata de outras coisas acontecendo."
O aprofundamento dos canais, por exemplo, leva os sedimentos a se deslocarem para lugares inesperados, literalmente turvando as águas, e também aumenta a intrusão de água salgada em rios de água doce, que tem efeitos em cascata. Christopher Sommerfield, oceanógrafo e geólogo costeiro da Universidade de Delaware, publicou artigos com Talke e outros em Newark Bay e Delaware Bay. No estuário de Delaware, diz Sommerfield, o aprofundamento do canal aumentou a salinidade do rio mais próximo de Filadélfia e Trenton. À medida que a linha salgada se arrasta para cima, ela não apenas altera a vida marinha, mas ameaça o suprimento de água doce para a Filadélfia (o rio Delaware), bem como para as indústrias que usam a água (a água salgada é extremamente corrosiva). Além disso, Sommerfield diz que a dragagem de manutenção remove os sedimentos que antes criavam lamaçais e pântanos ao longo do rio - características importantes no enfraquecimento da energia das ondas.
Em um artigo recente, Talke e seus colegas argumentam que comunidades costeiras vulneráveis podem estar subestimando o impacto combinado de mudanças nas marés de tempestades, a força das ondas, a perda de áreas úmidas e a elevação do nível do mar. "Eu acho que as pessoas estão começando a se dedicar ao fato de que você não tem apenas uma maré por si só, e você não tem uma tempestade por si só ou tem o nível do mar subindo por si só", diz ele. "Você não pode tratá-los independentemente, juntar tudo e obter a mudança no risco. Você tem que considerá-los em conjunto."
Para Talke, a questão agora é como essas pistas outrora envoltas pelo passado podem moldar um futuro mais seguro. "Você tem esse efeito variável onde há, de certo modo, vencedores e perdedores. Há alguns lugares como Albany que vêem reduções de risco, e há alguns lugares que vêem um grande aumento no risco", diz ele. "O que me preocupa é que realmente não investigamos totalmente isso, então não sabemos quais regiões serão mais afetadas e quais regiões estão um pouco mais protegidas.
"Ao aprender com o passado", acrescenta Talke, "podemos nos preparar melhor para o futuro".
