De gula varningsskyltarna på att pepparkustklippor från norra Kalifornien till gränsen mellan USA och Mexiko kan tyckas alltför dramatiska för den tillfällige betraktaren. Men aktivt eroderande klippor utgör majoriteten av Kaliforniens kustlinje, och plötsliga jordskred och kollapser har orsakat skador och flera dödsfall de senaste åren. Dessutom, eroderande klippor hotar för närvarande motorvägar, hus, företag, militärbaser, parker, kraftverk, och andra kritiska anläggningar – allt som allt utveckling av miljarder dollar.

Forskning tyder på att erosionshastigheten kommer att öka när havsnivån stiger, ytterligare förvärrar dessa problem. "Det är viktigt att vi studerar nuvarande och historiska klippreträtt så att vi bättre kan planera för framtiden, säger Adam Young, en forskare vid Scripps Institution of Oceanography vid University of California San Diego som nyligen publicerade en unik storskalig analys av erosion av kustklippor i Kalifornien.

Studien, publiceras i tidskriften Geomorfologi , och finansierat av California Sea Grant, ger exakta erosionshastigheter för 680 miles av Kaliforniens kust, från gränsen mellan USA och Mexiko till Bodega Head i Sonoma County. Den identifierar områden som har eroderats snabbare än andra, och introducerar en ny experimentell riskskala för att identifiera områden som kan löpa större risk för förestående kollaps. Det är den första sådan storskaliga studien i Kalifornien som använder LiDAR-data – laserhöjddata som registrerats i flygundersökningar – som användes för att skapa detaljerade 3D-höjdkartor.

Befintliga klipperosionsstudier är ofta småskaliga, använda en mängd olika tekniker, och förlitar sig ofta på datakällor av lägre kvalitet, ger ett lapptäcke över hela staten. "Det som är unikt med den här studien är att den tillämpar en konsekvent metodik över ett mycket stort område med hjälp av exakt högupplöst laserdata, säger Young.

Medan några av de grundläggande orsakerna till erosion av kustklippor - som regn och vågor - är tydliga, detta har inte översatts till ett enkelt sätt att förutsäga framtida erosionshastigheter eller identifiera riskområden. Variation i klippgeologi, strandskydd, exponering för väder, och andra faktorer komplicerar också att förutsäga erosionshastigheter.

Tidigare forskning har identifierat tydliga samband mellan nederbörd och kusterosion i södra Kalifornien, men effekterna av stormvågor har varit mer svårfångade. "Det är svårt att mäta, " förklarar Young, "Vi saknar fältobservationer eftersom kraftfulla vågor slår mot klippan, det är inte en lätt plats att göra mätningar." Variation i klippgeologi, strandskydd, exponering för väder, och andra faktorer komplicerar också att förutsäga erosionshastigheter.

Förstå erosion, förhindra katastrof

För att skapa en konsekvent analys av de senaste klippförändringarna, Young jämförde två massiva LiDAR-datauppsättningar, tredimensionella kartor över Kaliforniens kustlinje, spelas in med elva års mellanrum. De högsta klipperosionshastigheterna hittades i San Onofre, Portuguese Bend, Palos Verdes, Big Sur, Martins Beach, Daly City, Dubbel punkt, och Point Reyes (se karta). Young jämförde sedan de senaste klipperosionskartorna med historiska uppgifter från 1932 och 1934. Genom att jämföra de olika kartorna, han byggde en analys för majoriteten av statens kustlinje, visar både senaste och historiska erosionshastigheter.

Studien visar att den historiska klipperosionshastigheten inte alltid ger en bra förutsägelse av framtida hastigheter. "Resultaten visar att om en klippa upplevde en stor mängd erosion under en tidsperiod, det följdes av en tidsperiod med mycket liten erosion, och klippan kunde vara relativt stabiliserad under en tid, " förklarar Young. "Det kommer att mobiliseras igen, men vi vet inte när och mer forskning behövs för att bättre förstå de inblandade tidscyklerna."

Young fann också att klippor med höga erosionshastigheter på senare tid ofta föregicks av tidsperioder med mycket lite erosion. Detta är nyckelresultat, eftersom modeller som förutsäger framtida klippreträtt ofta bygger på att projicera de historiska takterna.

Young introducerade också en ny experimentell åtgärd för att identifiera de mest riskfyllda stup. Tidigare forskning hade föreslagit att skillnaden mellan erosionshastigheter på klippan jämfört med klipptoppen kunde indikera instabilitet - kort sagt, klippans branthet. När han tillämpade detta riskindex, Unga identifierade oroande platser längs Kaliforniens kust, inklusive San Onofre State Beach, Big Sur, Martins strand, och Daly City.

En verklighetskontroll för planerare

Young arbetar för närvarande på en uppsättning kartor som ska göras tillgängliga för allmänheten, och han har presenterat arbetet på vetenskapliga konferenser. Han säger, "Jag hoppas att den här studien kommer att hjälpa till att förbättra modeller som förutsäger erosion, hjälpa till att identifiera farliga områden, och hjälpa beslutsfattare som arbetar för att skydda vår kust."

Forskningen har redan uppmärksammats av planerare vid California Coastal Commission, en statlig myndighet som har till uppgift att bevara och skydda kustlinjen för nuvarande och framtida generationer.

"Studien kan vara särskilt användbar för lokala myndigheter som vill uppdatera sina lokala kustprogram i ljuset av klimatförändringar och havsnivåhöjning, " säger Lesley Ewing, en senior kustingenjör för kommissionen. Även om studien inte ger prognoser för framtida erosionshastigheter, forskare förväntar sig att havsnivåhöjning kommer att bidra till snabbare erosionshastigheter och större risk för offentliga och privata kustegendomar, och regeringar arbetar med att planera för effekterna.

"Kaliforniens kust är staplad med mycket dyra fastigheter - för att inte tala om kraftverk, reningsanläggningar för avloppsvatten, och motorvägar, " säger hon. En del av detta är redan i riskzonen - över 100 miles av strandlinjevapen har byggts för att skydda det, och fler kommer att vara i riskzonen i framtiden.

"Det finns så många möjligheter att använda den här forskningen - det här kan fungera som en verklighetskontroll för planerare som ofta fokuserar på specifika regioner och mindre skalor, " tillägger Ewing.