20世紀、カリフォルニア州の経済が急成長を遂げる一方で、土地は逆の方向へ向かいました。州内サンホアキン・バレーの農業の隆盛と、度重なる干ばつが重なり、帯水層からの水の過剰汲み上げにつながりました。まるで巨大な空の水筒のように、帯水層は崩れ落ち、地質学者はこの現象を「地盤沈下」と呼んでいます。1970年までに、谷底の土地は最大28フィート（約8.5メートル）も沈下し、帯水層の上にある人々やインフラにとって、望ましくない事態を招きました。
サンホアキン・バレーは地質学的に崩壊しやすい地形だったが、この状況は特異なものではない。オランダからインドネシア、メキシコシティに至るまで、世界中で地質学と気候変動が共謀し、人類の足元の地面を沈下させている。さらに深刻な干ばつは帯水層の枯渇を加速させ、海面上昇は沈下する土地を洪水に対してさらに脆弱にする。科学誌「サイエンス」に掲載された最近の研究によると、今後20年間で16億人が地盤沈下の影響を受け、損失は数兆ドルに上る可能性がある。
「地盤沈下は進行が遅いため、多くの点で見過ごされてきました。被害が目に見えるようになるまで、その存在に気づかないのです」と、米国地質調査所の地盤沈下専門家で、この論文の共著者であるミシェル・スニード氏は語る。「地盤沈下自体は問題ではありません。しかし、沿岸部では大きな問題です。長い地域にまたがるインフラがあれば、さらに大きな問題になります。深い井戸があれば、地盤沈下によって崩壊してしまうでしょう。これは問題です。」
地盤沈下が問題になるには、2つの条件が必要です。適切な土地と、過剰に利用された帯水層です。帯水層は、砂、砂利、粘土の粒の間に水を保持します。帯水層内の粘土の量が特に多い場合、粘土粒子はシンクに無造作に投げ込まれた皿のように、つまり基本的にランダムな方向に配置され、水が粘土粒子間の隙間を埋めます。しかし、帯水層から水を汲み始めると、これらの隙間は崩れ、粘土粒子は互いに接近します。「これらの粘土粒子は、食器棚に積み重ねたディナープレートのように、自ら再配置します」とスニード氏は言います。「当然、そのように粘土粒子を積み重ねるには、はるかに少ないスペースしか必要ありません。そして、このように帯水層システムが圧縮され、地表の地盤沈下が発生します。」
しかし、帯水層にさらに水を注入すれば、粘土板は元の不規則で空間的な配置に戻ってしまうのではないだろうか？残念ながら、そうではない。「粘土板の粒子は少し押し広げられます。帯水層系が少し膨張し、地表が隆起する形で現れます。しかし、その量はごくわずかです」とスニード氏は言う。移動量は約0.75センチほどだ。「食器棚のお皿のように、粘土板は依然として積み重なっています」と彼女は続ける。
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つまり、この時点で二重の問題を抱えていることになります。土地は沈下し、再び膨らむことはありません。そして、帯水層は圧縮されているため、以前ほど多くの水を蓄えることができません。「そして、これは重要な点です」とスニード氏は言います。「カリフォルニアを含む世界中の地域で、帯水層システムを管理された貯水池として利用し始めていますが、これまでの圧縮によって、帯水層の貯水能力は低下しているのです。」
人口増加と気候変動による干ばつの深刻化が水資源への負担をますます増大させ、世界中で地盤沈下が進んでいます。例えば、インドネシアの首都ジャカルタの一部は、周囲の海面が上昇する一方で、年間最大25cmも沈下しています。モデル予測によると、わずか30年でジャカルタ北部の95%が水没する可能性があります。状況は非常に深刻であるため、インドネシアは首都移転を計画しています。
しかし、科学者たちはこれまで、地盤沈下の世界規模のリスクをモデル化してきませんでした。モデル構築にあたり、スニード氏とその同僚たちは、世界200地点における地盤沈下に関する既存の文献を徹底的に調査しました。彼らは、地質学的要因（粘土含有量の高さ）に加え、地盤沈下は平坦な土地で起こりやすいことから地形も考慮しました。さらに、人口と経済成長、水利用に関するデータ、そして気候変数も考慮に入れました。
研究者たちは、今後20年間で地球全体で460万平方マイルの土地が地盤沈下の脅威にさらされる可能性があることを発見しました。これは地球上の陸地のわずか8%に過ぎませんが、人類は地盤沈下が発生しやすい沿岸部に大都市を建設する傾向があります。そのため、最終的には16億人が影響を受ける可能性があると推定されています。さらに、モデル化により、世界全体で地盤沈下によって8兆1900億ドル、つまり世界のGDPの12%に相当する資産が露出することが明らかになりました。
確かに、緩やかな地盤沈下は突発的な地震や火山噴火ほど破壊的ではありません。「しかし、長期的には間接的な影響や衝撃を引き起こし、構造物やインフラに損害を与えたり、河川流域や沿岸地域の浸水域を拡大させたりする可能性があります」と、論文の筆頭著者であるスペイン地質鉱山研究所の地質学者ヘラルド・エレーラ＝ガルシア氏は述べています。
地盤沈下は、少なくとも間接的には、気候変動の影響を特に受けやすい。地球温暖化が進むと、干ばつはより長期化し、より激しくなる。「これは非常に重要なことです」とヘレラ＝ガルシア氏は言う。「年間降水量に関わらず、最も重要な問題は干ばつ期間が長期化することですから」。貯水池が枯渇すれば、都市は帯水層からさらに多くの水を汲み上げることになる。そして、粘土粒子の板を整然と積み重ねることで帯水層の構造を一度崩壊させてしまうと、もう元に戻ることはできない。地盤沈下の影響を受ける可能性のある16億人（これは2040年までに予測されている数字だ）にとって、その影響は悲惨なものとなり、水不足と低地の洪水の両方を引き起こす可能性がある。
「これは間違いなく非常に驚くべき結果です」と、USGSの沿岸地質学者で地盤沈下を研究しているが、今回の研究には関わっていないパトリック・バーナード氏は語る。「特に沿岸部の巨大都市、実際、ほとんどの巨大都市は沿岸部にあります。ですから、沿岸洪水に関する問題を真に浮き彫りにしています」。そして、都市人口は急増している。国連によると、2050年までに世界の人口の約70%が都市部に居住するようになるという。これは現在の50%から増加する。
人類は、河川が海に注ぎ込む場所、つまり地盤沈下に最適な条件が揃った場所に都市を建設する傾向がありました。はるか昔、これらの河川は粘土を多く含んだ堆積物を堆積させ、人類はその上に都市を築いたのです。「リスクが高いのは、河川デルタの河口付近や、海岸近くに低地で平坦な堆積盆地がある地域です」と、カリフォルニア大学バークレー校の地質物理学者で地盤沈下を研究しているローランド・バーグマン氏は述べています。バーグマン氏は今回の研究には関わっていません。しかし、実はこの問題は内陸部にも存在し、例えばメキシコシティはかつて湖だった堆積物の上に建設されており、それゆえに地盤沈下に悩まされています。
埋立地に建設された都市も、埋立地の堆積により沈下しています。例えば、ベイエリアの巨大都市では、年間最大3分の1インチ（約0.3cm）も沈下している地域もあります。アリゾナ州立大学とカリフォルニア大学バークレー校の研究者によるモデル予測によると、今世紀末までにベイエリアの最大165平方マイル（約48平方キロメートル）が、地盤沈下と海面上昇により水没する可能性があるとされています。
地盤沈下は、その影響が短い距離でも劇的に変化する可能性があるため、さらに複雑になります。これは、地域の粘土組成や、その土地が地震断層のどちら側にあるかといった要因によって異なります。したがって、この新たな世界規模の研究は、大規模なリスクを判断する上で非常に有益ですが、科学者はより詳細な焦点を絞って地盤沈下を調査する必要があります。
「ここで提示されたこの種のモデルは、リスクの高い地域を特定するための基盤となります」と、アリゾナ州立大学で地盤沈下を研究し、今回の論文を査読した地球物理学者マヌーチェル・シルザエイ氏は述べている。「そして、モニタリングツールと手法を用いて、非常に高解像度の測定値を導き出します。」より局所的なデータを得るために、研究者たちは航空機から発射されたレーザーを用いて地形をマッピングし、それを地表にレーダーを照射する衛星からの情報と組み合わせて、地盤沈下の速度を判定する。
実際のところ、人類が地盤沈下を食い止める唯一の方法は、帯水層の過剰利用を止めることです。急速に温暖化が進む地球上では、これは容易なことではありません。「帯水層はいずれ枯渇します」とシルザエイ氏は言います。「淡水を必要としている人々に、地盤沈下の原因となる地下水の使用をやめろと言うのは不可能です。ですから、より広い視点で見れば、どのような適応戦略があるかが問題です。」地盤沈下して洪水が発生している土地では、建物を高く建てる必要があるかもしれません。海水の淡水化への依存度を高めることも考えられますが、これは依然として膨大なエネルギーを消費するため、費用がかかります。あるいは、貴重な雨水を貯めるために道路を改修しているロサンゼルスの例に倣う都市もあるかもしれません。
結局のところ、地盤沈下が進む都市は止めることのできない物理的な力に直面している。「地質学は地質学です」とスニード氏は言う。「私たちにはどうすることもできません。」
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