Translated by Marina Agarkova

Джакарта, «тонущий город», является нынешней столицей Индонезии. Расположенный на берегу Яванского моря, этот прибрежный город является домом для почти 30 миллионов человек в районе Большой Джакарты. Джакарта десятилетиями боролась с проблемами управления водными ресурсами, что привело к некоторым нынешним кризисам, связанным с водой. Доступ к надежному питьевому водоснабжению крайне ограничен, поскольку существует значительная разница между теми, кто имеет доступ к водопроводной воде, и теми, кто его не имеет. Граждане, не имеющие доступа к водопроводной воде, в значительной степени зависят от грунтовых вод и в результате вырыли тысячи нерегулируемых колодцев. Это привело ко второму водному кризису: постоянному чрезмерному извлечению водоносных горизонтов Джакарты. Проседание грунта вызывает наибольшую обеспокоенность, поскольку этот тонущий город подвергается высокому риску наводнений со стороны окружающего океана. В результате примерно 40 процентов территории Джакарты в настоящее время находится ниже уровня моря, и прогностические модели предполагают, что к 2050 году весь город окажется под водой (Gilmartin, 2019). Эти проблемы усугубляются тем, что климатический кризис привел к значительному повышению уровня моря, поскольку ледники и ледяные шапки продолжают таять (Intergovernmental Panel on Climate Change, 2019; Lindsey, 2022). В связи с тем, что город Джакарта продолжает опускаться, а уровень моря повышается, миллионы жителей Джакарты подвергаются чрезвычайно высокому риску наводнений, особенно в сезон муссонов (рис. 1). Тысячи жителей уже были вынуждены покинуть свои дома в поисках улучшенных условий и возвышенностей (Garschagen et al., 2018).

В качестве средства решения этих проблем нынешнее правительство Индонезии выступило с почти беспрецедентным предложением о полном переносе столицы. Как концепция, сама идея не нова; несколько индонезийских государственных органов выступали с подобными предложениями с 1950-х годов. Однако эти планы так и не были до сих пор реализованы. Новую столицу, которая будет известна как Нусантара, планируется построить в регионе Восточный Калимантан на острове Борнео (рис. 2). Родина больших участков тропических лесов и редкой флоры и фауны, Борнео в настоящее время в значительной степени не освоено. Планируется, что новая столица будет построена полностью с нуля, и тысячи гектаров тропических лесов и природных зон должны быть вырублены, чтобы обеспечить новую инфраструктуру (Yusriyah et al., 2020). Кроме того, в настоящее время в регионе проживает несколько коренных племен, на долю которых приходится около 20000 человек, которые в результате станут перемещенными лицами (Washington and Hasibuan, 2023). Экологические активисты и защитники прав коренных народов выразили серьезную обеспокоенность по поводу проекта и по-прежнему выступают против него (Yusriyah et al., 2020).

Остаются вопросы о том, улучшит ли этот решительный шаг проблемы, связанные с водой, для всех граждан Индонезии или же он только еще больше усугубит неравенство между богатыми и бедными. При предполагаемой стоимости более 30 млдр долларов США новый город станет домом только для правительственных чиновников, на долю которых приходится менее 2 миллионов человек (Beech, 2023). Судьба 28 миллионов оставшихся жителей Джакарты неясна в связи с проседанием грунта и высоким риском наводнения. Также неясно, какие ресурсы будут предоставлены, если таковые имеются, тем, кто остался, чтобы решить проблему нехватки пресной воды.

С чего начался водный кризис в Джакарте?

В первой половине XX века Джакарта была относительно небольшим городом, в котором проживало около 150 000 человек (Rukmana, 2018). С тех пор Джакарта претерпела быструю урбанизацию и стала самым густонаселенным городом в Юго-Восточной Азии, где проживает почти 30 миллионов человек (Rustiadi et al., 2021). Этот массовый приток людей привел к радикальным изменениям в землепользовании, в итоге превратив тропические леса в высотные здания, поля — в тротуары, а болота — в предприятия. По оценкам, 97 процентов территории города в настоящее время состоит из бетона или асфальта, а природных зон мало, и они находятся далеко друг от друга (Kimmelman, 2017). Влияние этой урбанизации продолжает ощущаться, что имеет ряд существенных последствий для управления водными ресурсами в городе.

Урбанизация в Джакарте привела к тому, что существующая инфраструктура водоснабжения, а именно водопроводная и канализационная сеть, не справляется с нагрузками. Например, водопроводная сеть была впервые построена в 1918 году и предназначалась для обслуживания лишь части населения, которое сейчас проживает в Джакарте. В настоящее время сеть трубопроводов обеспечивает только 40 процентов территории города, причем это снабжение в основном сосредоточено в более богатых районах южной и центральной Джакарты, а также в деловых районах (Ardhianie et al., 2022). Аналогичным образом, канализационная сеть охватывает только около 4 процентов территории города (KPPIP, 2019). В результате в Джакарте наблюдаются запредельные уровни загрязнения рек, поскольку отходы бессистемно сбрасываются в реки и другие поверхностные воды (рис. 3). Например, твердые отходы и фекалии из переполненных или протекающих резервуаров, сточные воды домашних хозяйств и промышленных предприятий, а также химикаты, используемые в сельском хозяйстве, — все это способствует чрезвычайно высокому уровню тяжелых металлов, нитратов и патогенов в реках Джакарты (Apip et al., 2015; Furlong and Kooy, 2017). Уровень загрязнения привел к тому, что местные реки оказались далеко за пределами точки безопасного потребления, что привело к потере важного источника воды.

В связи с тем, что доступ к водопроводной воде ограничен, а поверхностные воды загрязнены до непригодности для питья, остается мало источников чистой воды для повседневного использования. Поэтому тысячи граждан и предприятий по всему городу прибегают к рытью колодцев для личного пользования, в результате чего в настоящее время используется почти 5000 нелегальных колодцев (рис. 4) (Batubara et al., 2023). Поскольку эти скважины не регулируются водохозяйственными органами, они не подлежат какой-либо форме контроля добычи. Чрезмерная добыча является серьезной проблемой, учитывая, что несколько миллионов человек полагаются на подземные воды в качестве источника ежедневного водоснабжения (Ardhianie et al., 2022).

Восполнение этих водоносных горизонтов весьма ограничено. Неглубокие водоносные горизонты могут естественным образом восполняться дождем, но обширные площади непроницаемого бетона в черте города препятствуют этому. Скорее, избыточный дождь накапливается на улицах, увеличивая риск городских наводнений (Le Jallé et al., 2021). Это в дополнение к природному риску наводнений, который уже существует из-за проседания грунта и повышения уровня моря. В то же время неглубокие водоносные горизонты все больше смешиваются с загрязненными поверхностными водами и соленой водой из-за повышения уровня моря, что вынуждает копать скважины еще глубже (Kagabu et al., 2013). Однако глубокие водоносные горизонты подземных вод пополняются еще медленнее, и иногда на этот процесс уходят сотни лет (Luetkemeier et al., 2022). Совокупный эффект заключается в том, что подземные воды, которые являются ценным и ограниченным ресурсом, потребляются со скоростью, намного превышающей их восполнение, чем способствуют проседанию грунта (Furlong and Kooy, 2017).

На протяжении многих лет индонезийское правительство предпринимало несколько попыток контролировать чрезмерную добычу воды, например, прекращало добычу грунтовых вод общественными зданиями и устанавливало все более строгие ограничения на забор воды из регулируемых скважин. Однако нерегулируемые скважины остаются огромной проблемой, поскольку существуют тысячи скважин, на которые не распространяются ограничения по забору воды. Также трудно полностью ограничить рытье нелегальных колодцев, когда другие источники чистой воды в городе сильно ограничены. Людям нужна вода для жизни, обойти это просто невозможно. Поэтому неудивительно, что проблемы будут продолжаться до тех пор, пока обычные граждане не получат столь же удобный, дешевый и альтернативный источник воды.

Данные из космоса: откуда мы на самом деле знаем, что это происходит? 

Чрезмерная добыча грунтовых вод, проседание грунта и повышение уровня моря являются постоянными и серьезными угрозами, стоящими перед Джакартой. Как мы измеряем и отслеживаем эти изменения с течением времени? Все эти три феномена происходят очень медленно — слишком медленно, чтобы их можно было отследить невооруженным глазом. Действительно, они часто остаются незамеченными до тех пор, пока ущерб не становится необратимым. Их также может быть сложно и дорого отслеживать в региональном масштабе на земле (Wada, 2015). В связи с этим космические технологии играют важную роль в мониторинге таких изменений, учитывая возможность последовательно отслеживать незначительные изменения на больших пространствах.

Измерение изменений в запасах подземных вод

Постоянное чрезмерное использование грунтовых вод является основной проблемой, которая способствует проседанию грунта в Джакарте. Ученые могут использовать космические технологии в сочетании с измерениями на месте для мониторинга изменений в запасах подземных вод с течением времени. Особое значение имеют космические технологии, поскольку они позволяют регулярно собирать данные из очень отдаленных регионов мира, минимизируя необходимость в постоянном отборе проб (Pamungkas and Chiang, 2021; Rodell et al., 2009). Спутники NASA Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) и GRACE Follow-On (GRACE-FO) собирают данные, отслеживая воду на суше, известную как Terrestrial Water Storage (TWS) (рис. 5). TWS определяется как сумма воды на поверхности земли и под землей, в частности, она включает в себя поверхностные воды, грунтовые воды, почвенную влагу и снег/лед (Girotto and Rodell, 2019).

GRACE и GRACE-FO вращаются вокруг Земли вместе, как пара спутников-близнецов, на расстоянии примерно 220 километров друг от друга (Rasmussen, Buis, and Zaragoza, 2016). Их расположение относительно друг друга изменяется под действием гравитационного притяжения массы на поверхности и под поверхностью Земли. Процесс основан на следующем принципе: чем больше концентрация массы объекта, тем сильнее его гравитационное притяжение. Гравитационное притяжение горного хребта, например, сильнее, чем гравитационное притяжение равнины (рис. 6) (NASA, 2023a). 

Измерение гравитационного притяжения от концентрированной массы земной воды, по сути, ничем не отличается. Интересная особенность воды заключается в том, что её положение может значительно меняться со временем благодаря её текучей природе. Это может быть реакцией на сезонные изменения, штормы, засухи, другие погодные и климатические эффекты или добыча грунтовых вод (Rasmussen, Buis, and Zaragoza, 2016). По мере того, как масса воды движется вокруг Земли, это вызывает региональные изменения в гравитационном притяжении и, следовательно, оказывает незначительное влияние на позиционирование спутников GRACE (Frappart and Ramillien, 2018).

Ученые сравнивают изменения в этих измерениях со временем, чтобы отследить движение всей наземной воды. Учитывая, что наземные воды состоят из поверхностных вод, почвенных вод, снега и льда, а также грунтовых вод, ученые могут выделить именно грунтовые воды, используя следующую формулу: 

ΔTWS = ΔWSurface water + ΔWSoil water + ΔWSnow + ΔWGroundwater

ΔWGroundwater = ΔTWS − ΔWSurface water − ΔWSoil water − ΔWSnow

Для определения необходимы результаты других гидрологических моделей или измерений на месте ΔWSurface water, ΔWSoil water и ΔWSnow (Frappart and Ramillien, 2018). Гидрологи вводят эти данные для решения задачи ΔWGroundwater, тем самым определяя изменение массы грунтовых вод в данном месте в данный момент времени.

Отслеживание долгосрочных наборов данных о массе подземных вод в определенном месте может выявить тенденции добычи с течением времени. Например, в недавнем исследовании сравнивались ежемесячные данные GRACE из Индонезии за 2020 год. Данные свидетельствуют о низкой доступности грунтовых вод в январе и феврале и более высокой доступности в остальное время года (рис. 7) (Julzarika and Nugroho, 2022). В то время как грунтовые воды исторически было трудно отслеживать в больших регионах, карты данных, созданные спутниками GRACE и GRACE-FO, позволяют глубже понять, как, когда и где потребляются грунтовые воды. По мере дальнейшего усовершенствования технологий есть надежда, что разрешение изображений, получаемых со спутников GRACE и GRACE-FO, также улучшится, поскольку в настоящее время пространственное разрешение ограничено сеткой в 300–400 км (Mehta et al., 2020).

Измерение перемещения земель

Проседание грунта было впервые задокументировано в Джакарте в 1926 году, после чего появился ряд инновационных технологий для отслеживания перемещения земель (Abidin et al., 2005). Одна из таких технологий, известная как интерферометрический радиолокатор с синтезированной апертурой, или InSAR, была разработана и используется для отслеживания изменений проседания грунта на больших пространствах с высокой степенью точности и разрешения, вплоть до сантиметра и миллиметра (USGS, 2023; Xiao and He, 2013). Предпосылкой InSAR является сравнение двух изображений одной и той же области, сделанных с одной и той же точки обзора, в разное время. Система основана на изображениях радиолокатора с синтезированной апертурой (SAR), которые создаются путем передачи микроволновых сигналов к поверхности Земли. В зависимости от энергии, которая отражается обратно к радарному датчику, ученые могут обнаружить физические свойства Земли. По сути, если грунт переместился ближе к спутнику или дальше от него, немного другая часть длины волны отражается обратно к спутнику (рис. 8).

Когда два изображения SAR накладываются друг на друга, ученые могут создать так называемую «интерферограмму», иначе известную как карта фазового сдвига. В интерферограммах используется повторяющаяся цветовая шкала для визуального представления перемещения земель. Они также показывают направление смещения, что означает либо проседание грунта, либо поднятие грунта (USGS, 2018). По сути, интерферограмму можно интерпретировать, зная, какую меру смещения представляет данный цикл цветов и сколько цветовых циклов бывает. Например, данные, взятые из района Большой Джакарты, показывают, что почва проседает со скоростью до 26 см в год, причем особенно страдают прибрежные районы Пенджаринган и Ченгкаренг (рис. 9) (Ng et al., 2012).

Одним из явных преимуществ InSAR является способность микроволн проникать сквозь облака, а это означает, что изображения могут быть собраны в любую погоду, в любое время суток, независимо от видимости. Это особенно важно в регионах с большим количеством облачного покрова или когда проседание грунта связано с такими событиями, как извержения вулканов, где видимость пепла может помешать получению других форм визуализации. В то же время у InSAR есть и ограничения, такие как влияние атмосферы, в основном тропосферы и ионосферы, на точность данных. Волны, на которые полагается InSAR, замедляются по мере прохождения через тропосферу, что, как было показано в прошлом, влияет на точность данных (Ding et al., 2008). Часто комбинация технологий, такая как объединение данных InSAR с данными GPS, может обеспечить более точное изображение, чем любая из этих технологий могла бы обеспечить по отдельности.

Измерение высоты морской поверхности

Проблемы проседания грунта в Джакарте усугубляются тем, что уровень моря также повышается. Фактически, с 1900 года уровень мирового океана повысился примерно на 16–21 см (Doyle, 2023). Однако измерить повышение уровня моря сложнее, учитывая, что уровень моря может значительно варьироваться по всему земному шару из-за различий в географии, гравитации, температуре, океанских течениях, содержании соли и приливах и отливах (Bolles, 2023). Несмотря на эти задачи, с начала 1990-х годов ученые смогли измерить изменения уровня моря из космоса. Для этого используются приборы под названием радиолокационные высотомеры. По сути, они работают, отражая радиоволны от поверхности океана. Спутник измеряет, сколько времени требуется обратной волне до спутника, а также измеряет интенсивность ее входящего сигнала. С помощью этих двух метрик ученые могут рассчитать расстояние между спутником и поверхностью океана в заданное время и в заданном месте. В целом, чем быстрее и сильнее обратный сигнал, тем выше уровень моря (Lindsey, 2022).

Хотя процесс может показаться сложным, на самом деле он довольно изящен:

1. Определить расстояние между спутником и поверхностью моря (рис. 10).
2. Определить расстояние между спутником и центром Земли (рис. 11).
3. Вычесть A из B, чтобы определить расстояние от центра Земли до поверхности моря, также известное как высота морской поверхности (рис. 12).

Например, миссия NASA Surface Water and Ocean Topography (SWOT) была запущена 16 декабря 2022 года. Основной задачей этой миссии было многократное проведение измерений высоты поверхности океана с высоким разрешением (NASA, 2023b). Другой пример — спутник Jason-3, измеряет уровень моря по всей планете каждые 10 дней, проводя измерения каждые 30 км. Радиолокационный высотомер на борту может измерять колебания уровня моря с точностью до 3,3 см – поразительный показатель, учитывая, что орбиты спутника находятся на высоте 1300 км над Землей (NASA JPL, 2023). Отслеживание этих данных на протяжении многих лет и десятилетий позволило ученым понять, как меняется высота моря повсеместно. Например, с 1880 года уровень моря во всем мире повысился примерно на 21–24 см (Lindsey, 2022). В дополнение к этому ожидается, что к концу столетия глобальная средняя высота морской поверхности будет продолжать расти от 43 см до 84 см (Intergovernmental Panel on Climate Change, 2019). Поэтому низменные прибрежные города, такие как Джакарта, со временем будут подвергаться все большему риску наводнений. Данные бесспорны, поэтому необходимо будет принять серьезные меры для предотвращения разрушительных наводнений в прибрежных городах.

К каким социально-экономическим изменениям приведет проект строительства Нусантары?

Решение перенести столицу Индонезии вызвало повсеместно негативную реакцию активистов. Экологические активисты, например, выразили серьезную обеспокоенность по поводу будущих последствий для популяций орангутанов. Остров Борнео, и в частности регион Восточный Калимантан, является одним из двух мест в мире, где орангутаны живут в своей естественной среде обитания (WWF, 2023). Поскольку в дикой природе осталось всего 50000–65000 орангутанов, многие эксперты считают, что эти животные вымрут в ближайшие 50 лет при нынешних темпах потерь (The Orangutan Conservancy, 2023). За последние несколько десятилетий на Борнео значительно повысился уровень вырубки лесов и расширения сельского хозяйства, что привело к разрушению среды обитания орангутанов. Несмотря на это, предлагаемый план строительства предусматривает вырубку лесов еще на 256000 гектаров в самом центре среды обитания орангутанов (ASEAN Post, 2022). Воздействие на местную популяцию орангутанов, безусловно, будет разрушительным (рис. 13). 

Строительство нового города также приведет к выселению местного коренного населения, насчитывающего в общей сложности около 20000 человек (Suntoro et al., 2023). В качестве компенсации правительство предложило деньги коренным землевладельцам в обмен на их выселение. Однако остается неясным, как правительство рассчитывает выплаты. Несколько лидеров коренных народов сообщили, что не уверены, получили ли они справедливую цену за свою землю – история стара как мир. Некоторые семьи получили всего 3000 долларов в обмен на свои дома и сельскохозяйственные угодья (Washington and Hasibuan, 2023). Те, кто не имеет права собственности на землю, ничего не получили и борются за то, чтобы земли их предков не попали в руки правительства.

Помимо воздействия на дикую природу и на коренные народы существуют также опасения по поводу будущего 28 миллионов жителей Джакарты, которые останутся не у дел. Ожидается, что Джакарта останется центром бизнеса, финансов, торговли и услуг, но пока неясно, какой уровень внимания или поддержки получат граждане в борьбе за чистую воду (Putri, 2019). Также неясно, какие усилия будут предприняты для снижения высокого риска разрушительных наводнений, особенно в прибрежных районах города. В связи с тем, что новая столица Нусантара должна быть открыта в августе 2024 года, остается большая неопределенность в отношении того, что ждет жителей Джакарты в ближайшие несколько лет.

Что может быть сделано?

Проблемы, стоящие перед Джакартой, кажутся непреодолимыми. Возможно ли замедление или даже обращение вспять процесса затопления города? Примечательно, что это уже делалось раньше. Токио, например, столкнулся с аналогичными проблемами проседания почвы в 1940-х годах, когда заводы начали использовать огромное количество грунтовых вод. Подземные водоносные горизонты были осушены, что привело к проседанию почвы до 4,5 метров в некоторых районах, что очень похоже на проседание почвы в Джакарте (Cao et al., 2021). Как только серьезность проблемы была признана, городские власти начали распространять информацию об использовании подземных вод, чтобы повысить осведомленность о проблеме. Были приняты новые стратегии и законы, ограничивающие или даже запрещающие использование подземных вод, особенно в промышленных целях (Sato et al., 2006). Правительство вложило значительные средства в инфраструктуру, в том числе в несколько дамб, обширную дренажную систему, насосные станции, шлюзы и т. д., чтобы помочь снизить риск наводнений из-за повышения уровня моря. Однако, возможно, самым важным является то, что правительство приняло меры по обеспечению альтернативного источника воды для бытового и промышленного использования, стоимость которого аналогична стоимости грунтовых вод (Sinaga, 2020). Несмотря на то, что эти изменения потребовали значительных инвестиций со стороны японского правительства, с тех пор Токио зарекомендовал себя как образец того, как справляться с проседанием почвы в условиях кризиса.

Что касается Джакарты, управление водными ресурсами также является сложным процессом, с многогранными задачами и отсутствием четкого или простого решения. По-прежнему существуют огромные трудности в обеспечении рационального использования подземных вод, учитывая, что в настоящее время нет альтернативных природных источников воды. Очистка естественных водных путей города, вероятно, потребует модернизации всего города, как индивидуального, так и промышленного хозяйства, канализационной сети для предотвращения дальнейшего загрязнения рек, что обойдется в сотни миллиардов долларов (Prevost et al., 2020). Несмотря на то, что строительство инфраструктуры для предотвращения повышения уровня моря возможно, подобно предлагаемой Великой морской дамбе Гарунда, это будет лишь временным решением, если не будут решены другие проблемы, такие как чрезмерная добыча грунтовых вод или загрязнение поверхностных вод.

Несмотря на эти трудности, что кажется неоспоримо ясным, так это то, что проект по переносу столицы сталкивается с еще большими проблемами. Оправдывает ли цель методы? То есть, оправдывает ли строительство новой столицы для работы правительственной администрации массовую вырубку лесов, риск нарушения прав коренных народов и неминуемую угрозу для местной популяции орангутанов? Особенно, когда речь идет о цене в 30 млрд долларов США? Когда колодцы окончательно иссякнут, какие усилия будут предприняты для обеспечения ежедневного водоснабжения всех жителей Джакарты? Как страна может подготовиться к разрушительным наводнениям, которые уничтожат значительные части инфраструктуры Джакарты? Пока не ясно, что будет сделано для предотвращения или смягчения стихийных бедствий, связанных с водой. Однако ясно одно: текущий водный кризис в Джакарте будет только ухудшаться, если не принять немедленных мер.