Aquaculture-associated land subsidence in coastal Pingtung, Taiwan, from InSAR, GNSS and leveling observations
تستخدم هذه الدراسة بيانات جيوديسية متعددة المصادر (InSAR، وGNSS، والميزانية) لتوصيف هبوط الأرض النشط الناتج عن الاستزراع المائي في المناطق الساحلية ببينغتونغ، تايوان، مما يكشف عن قابلية ملحوظة للتعافي الموسمي وهبوط تراكمي طويل الأمد يشكل مخاطر مستمرة للفيضانات في المنطقة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل أن الأرض تحت قدميك ليست مجرد مسرح صلب وثابت، بل هي إسفنجة عملاقة لينة. في العديد من الأماكن حول العالم، خاصة بالقرب من السواحل، تتكون هذه الإسفنجة من طبقات من الرمل والغرين والطين. في الحالة الطبيعية، يملأ الماء الثقوب الصغيرة في هذه الإسفنجة، مما يساعد على دعمها. ولكن عندما نضخ الكثير من الماء للخارج، تفقد الإسفنجة هذا الدعم الداخلي. ويبدأ وزن المباني والأشجار والهواء فوقها في سحق الإسفنجة للأسفل، مما يجعل الأرض تهبط. يُسمى هذا "هبوط الأرض" (Land subsidence). إنها مشكلة خفية لأنها تحدث ببطء، لكن يمكنها تدمير الطرق، وإغراق البلدات المنخفضة، وجعل مياه البحر تتسلل نحو الداخل. ولرصد هذا الهبوط أثناء حدوثه، يستخدم العلماء ثلاث أدوات رئيسية: يقيسون الأرض باستخدام مساطر فائقة الدقة (الميزانية/Leveling)، ويتتبعون الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض لرؤية مدى تحرك الأرض (GNSS)، ويستخدمون أشعة الرادار من الفضاء لالتقاط آلاف "الصور" لسطح الأرض عبر الزمن، وقياس التغيرات الطفيفة في المسافة (InSAR). الأمر يشبه محاولة معرفة ما إذا كانت مرتبة تهبط للأسفل عن طريق مراقبتها من طائرة بدون طيار، وفحصها بالليزر، ووجود صديق يقف عليها ليرى مقدار هبوطها.
هذه الورقة هي قصة بوليسية عن إسفنجة غارقة محددة في جنوب تايوان، مباشرة على طول ساحل بينجتونج. تشتهر هذه المنطقة بمزارع الأسماك (الاستزراع المائي)، والتي تحتاج إلى الكثير من الماء. أراد الباحثون معرفة: هل تهبط الأرض بسبب مزارع الأسماك؟ وبأي سرعة يحدث ذلك؟ وهل تعود الأرض للارتفاع مرة أخرى عندما تمطر؟
لحل هذه المعضلة، استخدم الفريق مجموعة من 108 صور رادار من قمر صناعي يسمى Sentinel-1A، تم التقاطها بين أبريل 2021 وديسمبر 2024. لقد عاملوا الأرض كأنها أحجية عملاقة، مستخدمين تقنية تسمى (PS-InSAR) لإيجاد نقاط مستقرة (مثل أسطح المنازل أو الخرسانة) تعمل كمرتكزات لقياس الحركة. ولكن كانت هناك حبكة: فالأرض في هذا الجزء من تايوان لا تتحرك للأعلى والأسفل فحسب، بل تنزلق جانبياً أيضاً بسبب تحرك الصفائح التكتونية. فإذا نظرت فقط إلى "خط رؤية" الرادار (الزاوية التي يراها القمر الصناعي)، فالأمر يشبه النظر إلى ظل على حائط؛ لا يمكنك التمييز بين ما إذا كان الجسم يتحرك بعيداً عنك أم ينزلق جانبياً فقط. اضطر الباحثون لاستخدام بيانات من أربع محطات GPS أرضية لمعرفة مقدار انزلاق الأرض جانبياً بالضبط، وطرح ذلك من بيانات الرادار، ثم عزل الهبوط الرأسي الحقيقي.
إليكم ما وجدوه:
بؤر الهبوط الساخنة
الأرض لا تهبط بشكل متساوٍ. الأمر يشبه مرتبة بها فجوة عميقة في المنتصف. منطقتا "لينبيان" و"جيادونج"، المكتظتان بمزارع الأسماك، هما أكثر المناطق تضرراً. في هذه المناطق، تهبط الأرض بسرعة. وفي المقابل، تعتبر بلدة "فانغلياو" وبعض المناطق الداخلية مستقرة نسبياً، وبالكاد تتحرك. وتتطابق خريطة هبوط الأرض تماماً مع خريطة مزارع الأسماك، مما يشير إلى أن الضخ الكثيف للمياه الجوفية من أجل المزارع هو المتهم الرئيسي.
سرعة الهبوط
الهبوط ليس مسيرة مملة ورتيبة؛ بل يتسارع ويتباطأ اعتماداً على الطقس.
- 2021–2022: كانت الأرض تهبط بوتيرة متوسطة، حوالي 19 إلى 24 ملم في السنة في بؤر الهبوط.
- 2022–2023: كانت هذه هي السنة الأسوأ. خلال فترة جفاف طويلة مع أمطار قليلة جداً، انخفضت مستويات المياه الجوفية، وهبطت الأرض كالحجر. في أسوأ المواقع (بالقرب من محطة DLIO)، هبطت الأرض بمعدل يتراوح بين 79 إلى 100 ملم في السنة! أي ما يعادل قرابة 4 بوصات في سنة واحدة!
- 2023–2024: بعد موسم ممطر مع أمطار غزيرة، ارتفعت مستويات المياه الجوفية، وتباطأ الهبوط بشكل كبير ليصل إلى حوالي 11 إلى 27 ملم في السنة.
هل تعود الأرض للارتفاع؟
هذا هو الجزء الأكثر إثارة للاهتمام. تعمل الأرض مثل زنبرك (سبرينج) تم تمديده أكثر من اللازم. عندما جاءت الأمطار في أواخر عام 2023، ارتدت الأرض قليلاً بالقرب من بؤر الهبوط. وهذا ما يسمى "الارتداد" (Rebound)، ويعني أن بعض الهبوط كان مجرد عصر مؤقت للمياه من الإسفنجة. ومع ذلك، لم تعد الأرض إلى ارتفاعها الأصلي، بل ظلت أدنى مما كانت عليه. وهذا يخبرنا أنه بينما يكون بعض الهبوط مؤقتاً ويمكن إصلاحه بالمطر، فإن الكثير منه دائم. لقد تم سحق الإسفنجة بقوة شديدة بحيث لا يمكنها الارتداد بالكامل.
التحقق من العمل
لم يكتفِ الباحثون بالثقة في رادارهم فقط. فقد قارنوا نتائج الأقمار الصناعية بقياسات واقعية من 89 نقطة مرجعية دقيقة للميزانية (مثل علامات المسح على الأرض) ومحطات الـ GPS.
- التطابق: قبل أن يعالجوا مشكلة "الانزلاق الجانبي"، كانت بيانات الرادار غير دقيقة تماماً مقارنة بالقياسات الأرضية. ولكن بمجرد تصحيح الحركة الأفقية، تطابقت بيانات الرادار مع القياسات الأرضية بشكل أفضل بكثير. فقد قفز الارتباط (مدى توافق الخطوط) من 0.624 ضعيف إلى 0.793 قوي عند مقارنتها ببيانات الميزانية.
- الخطأ: حتى بعد إصلاح كل شيء، ظل هناك فرق صغير. لم تتفق بيانات الرادار والقياسات الأرضية بشكل مثالي، حيث بلغ متوسط الخطأ (RMSE) حوالي 9.2 إلى 11.5 ملم في السنة. وهذا ليس لأن الرادار خاطئ، بل لأن الرادار يرى مساحة واسعة بينما ترى العلامات الأرضية نقطة واحدة صغيرة فقط، كما أن الرادار يضطر لتخمين الحركة الرأسية الدقيقة من زاوية مائلة.
الخلاصة
تؤكد الدراسة أن مزارع الأسماك في ساحل بينجتونج تسبب هبوط الأرض، وهو مزيج من شيئين: "عصر" مؤقت يحدث عندما ينخفض منسوب المياه، و"سحق" دائم يبقى حتى عندما تمطر. هبطت الأرض بأقصى سرعة خلال سنوات الجفاف 2022 و2023، لكنها تباطأت عندما عادت الأمطار. وبينما ترتد الأرض قليلاً، إلا أنها لا تتعافى بالكامل، مما يعني أن الأرض تنخفض بمرور الوقت. هذا خبر سيء لمنطقة ساحلية منخفضة، لأنه مع هبوط الأرض، يصبح تصريف مياه الأمطار أصعب وتصبح سهولة تسلل مياه البحر إلى الشوارع أكبر. ويقترح الباحثون أنه لكي يتم حل هذه المشكلة حقاً، نحتاج إلى مراقبة الأرض بكلتا العينين (الأقمار الصناعية والمحطات الأرضية) وإدارة استخدام المياه بعناية، لأنه بمجرد سحق تلك الإسفنجة، يكون من الصعب جداً إعادة فردها.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.