Vào cuối năm 2020, các kỹ sư bắt đầu thực hiện một dự án trị giá 100 triệu đô la để ngăn tòa tháp Millenium của San Francisco nghiêng và lún sâu hơn vào lòng đất. Khách thuê những căn hộ xa xỉ đã biết từ 4 năm trước đó rằng tòa nhà cao 58 tầng này đã sụt lún khoảng 16 inch trong hơn một thập kỷ. Nhưng tình trạng khó khăn của tòa tháp chỉ là một phần của vấn đề lớn hơn và không chỉ đối với khu vực Bay Area tại Mỹ: Các thành phố trên khắp thế giới đều đang chìm dần dưới sức nặng của sự phát triển đô thị - đồng thời với mực nước biển đang dâng cao.

Một nghiên cứu mới nhằm xác định trọng lượng tuyệt đối của môi trường xây dựng góp phần vào việc đánh chìm các thành phố, một hiện tượng địa chất được gọi là sụt lún đất. Trong khi đô thị hóa chỉ là một trong số nguyên nhân nhỏ của hiện tượng này, bài báo trên tạp chí AGU Advances ước tính rằng tác động của nó chỉ có khả năng tăng lên khi người dân chuyển đến các thành phố với số lượng lớn hơn. Kết quả là, các thành phố đông đúc có khả năng chìm nhanh hơn các khu vực kém phát triển hơn.

Tác giả nghiên cứu Tom Parsons, một nhà địa chấn học động đất tại Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, đã xem xét Khu vực Vịnh San Francisco như một nghiên cứu điển hình về tác động này. Ông ước tính rằng trọng lượng chung của tất cả các tòa nhà ở khu vực San Francisco là khoảng 1,6 nghìn tỷ kg, hay 3,5 nghìn tỷ pound. Chỉ điều đó thôi cũng có thể khiến đất lún xuống 80 mm hoặc hơn 3 inch theo thời gian khi thành phố phát triển.

Đó là một ước tính thận trọng, Parsons nói. Ông nói: “Rất khó để tính trọng lượng của từng thứ trong một thành phố. Nhưng tôi nhận ra rằng hầu hết những thứ mà chúng ta có ở các thành phố là bên trong các tòa nhà”.

Mô hình tính toán của ông sử dụng dữ liệu công khai về chiều cao và chu vi cơ sở của từng tòa nhà ở Vịnh San Francisco, đồng thời đưa ra các giả định về cấu tạo của chúng và nội dung bên trong. Nó không bao gồm các nguồn khối lượng lớn khác như đường, cầu và các khu vực lát đá khác, cũng như không ảnh hưởng đến con người.

Tuy nhiên, chỉ riêng áp lực của các tòa nhà cũng đủ góp phần khiến khu vực này chìm xuống. Nghiên cứu trước đây vào năm 2018 cho rằng các địa điểm ven biển ở khu vực đông đúc xung quanh San Francisco, với dân số hơn 7 triệu người, đang chìm với tốc độ gần 2 mm một năm. Một số khu vực đang định cư lên đến 10 mm mỗi năm. Khu vực này cũng phải đối mặt với các mối đe dọa về lũ lụt thảm khốc do mực nước biển dự kiến ​​sẽ tăng gần một foot vào năm 2050, và ba foot vào cuối thế kỷ này.

Trong khi các yếu tố như bơm nước ngầm, xói mòn và sự dịch chuyển của các mảng kiến ​​tạo thường là nguyên nhân chính gây ra sụt lún, bài báo của Parsons đã phân tích khu vực San Francisco để giải thích đô thị hóa cũng đóng một vai trò nhỏ nhưng không đáng kể. Ông nói: “Ở một khu vực siêu đô thị hóa như trung tâm thành phố San Francisco, có rất nhiều áp lực trong một khu vực nhỏ. Nó đủ để khiến lớp vỏ đá bên ngoài của Trái đất, hoặc thạch quyển, biến dạng và chìm xuống, mặc dù chỉ vài mm mỗi năm.

Sau đó, có một thực tế là nhiều tòa nhà của thành phố được xây dựng trên đất, đất dễ bị nén hơn, khiến mặt đất lún xuống nhiều hơn theo thời gian. Các kỹ sư thường lập kế hoạch cho hiệu ứng này. “Khi họ lần đầu tiên xây dựng một tòa nhà, nó sẽ ổn định. Parsons nói rằng nó có thể chìm xuống 8 hoặc 10 mm ngay lập tức. Theo thời gian, các tòa nhà, đặc biệt là những tòa nhà lớn nặng, có thể tiếp tục chìm xuống vô thời hạn khi đất bên dưới bắt đầu mất hình dạng ​​và lún xuống, đặc biệt nếu giàu đất sét”.

Tác động của tất cả áp lực này có thể nhỏ so với các tác nhân khác của sụt lún đất. Nhưng Parsons lập luận rằng sức nặng của phát triển đô thị sẽ ngày càng đáng kể trên toàn thế giới khi người dân tiếp tục di cư đến các thành phố, từ đó sẽ chứng kiến ​​nhiều tòa nhà hơn để thích ứng với sự gia tăng dân số. Theo một ước tính, khoảng 70% dân số thế giới sẽ sống ở các khu vực đô thị lớn vào năm 2050.

Ông nói: “Đó không phải là mối quan tâm lớn vào lúc này, nhưng vấn đề sẽ ngày càng gia tăng khi chúng ta tiếp tục có những tòa nhà lớn hơn, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, nơi có thể tăng 50% lượng người đổ về các vùng ven biển. Việc xây dựng sẽ theo sau”.

Bài báo đề cập tới Lagos, Nigeria, nơi dân số đô thị hơn 14 triệu người dự kiến ​​sẽ tăng gấp đôi trong ba thập kỷ tới. Thành phố này hiện đang chìm ở mức từ 2 đến 87 mm (hoặc 3,4 inch) mỗi năm. Parsons viết, các khu vực của thành phố dọc theo bờ biển, nơi “các công trình hạng nặng được xây dựng trên lớp trầm tích kém cố kết”, đang có tỷ lệ sụt lún cao hơn.

Ở các thành phố đã phát triển, không thể làm gì nhiều để đảo ngược tác động của quá trình đô thị hóa. Tại Indonesia, các nhà lãnh đạo cuối cùng đã thúc đẩy kế hoạch chuyển thủ đô ra khỏi Jakarta để giảm bớt một phần áp lực cho thành phố quá đông đúc này, giờ đã là đô thị chìm xuống nhanh nhất trên thế giới. Việc bơm nước ngầm quá mức đã khiến thành phố chìm xuống khoảng 10 cm mỗi năm. Trong đó, một số khu vực ven biển, nơi cư dân nghèo hơn phải đối mặt với lũ lụt kinh niên, đang chìm ở mức 25 mm mỗi năm.

Parson nói: “Nếu bạn có ý định đô thị hóa một địa điểm, bạn không làm được gì nhiều. Vì đó chỉ là tác động của trọng lực, và bạn không thể thực sự chống lại điều đó”. Tuy nhiên, có một số yếu tố giảm thiểu sự sụt lún cần xem xét. Về lâu dài, bạn cần xem xét việc xây dựng ở đâu và xây dựng trên mảnh đất nào. Các thành phố có thể cần nghiên cứu lại kế hoạch xây dựng nhiều khu vực gần bờ biển hoặc trên phần đất khai hoang, dễ bị sụt lún.

Họ cũng có thể muốn xem xét lại hệ thống thoát nước đô thị. Khi các nhà quy hoạch thiết lập hệ thống này trên mặt đất, họ thường định hướng hệ thống thoát nước ra khỏi nguồn của dòng sông và đến ngay vùng nước lớn nhất gần đó, cho dù đó là đại dương hay vịnh. Vì vậy, “rất nhiều hệ thống thoát nước thường tập trung ở vùng đồng bằng sẽ được đưa ngay ra đại dương,” ông nói. Điều đó làm cho mặt đất liên tục bị nén chặt theo thời gian và đẩy nhanh quá trình chìm xuống của thành phố.

Điều quan trọng là hãy suy nghĩ về tất cả những điều này trước khi quá muộn. Nếu không, “khi các thành phố ngày càng dày đặc và mật độ xây dựng ngày càng cao, một số vấn đề có thể xảy ra trong tương lai”.