Подземните промени в климата могат да напукат сгради и изкривят релсите на метрото

Ефектът на градския топлинен остров прониква по-дълбоко от тротоара: джобове от топлина в градовете съществуват и под земята, което някои учени наричат подземно изменение на климата.

И все пак учените едва започват да разбират как тези топлинни острови под повърхността променят самата земя и околните структури. Ново проучване, разглеждащо феномена в бизнес района на Чикаго (The Loop), предполага, че температурните колебания могат да доведат до разширяване и свиване на земята, застрашавайки стабилността на сградите и градската инфраструктура. Ако е прекомерно, това „може да доведе до проблеми като напукване и нежелани деформации“, каза Алесандро Рота Лория, изследовател по гражданско и екологично инженерство в Университета Нортуестърн.

Констатациите от неговото проучване, публикувано във вторник в списанието Communications Engineering, не предполагат, че безопасността и целостта на структурите ще бъдат компрометирани. Но градовете и предприятията могат да видят натрупване на проблеми с експлоатацията и поддръжката с течение на времето, включително деформация на подземни железопътни релси или протекли стени от вода, проникваща през пукнатини в основите на сградите.

„Подземното изменение на климата представлява тиха опасност и потенциален проблем за гражданската инфраструктура, който трябва да се оценява за всеки отделен случай“, каза той.

Феноменът има няколко причини. Асфалтът, стоманата и тухлите са гъби за слънчевата светлина, причинявайки по-високи температури в градовете, в това, което е известно като ефекта на градския топлинен остров. (Това също се усложнява от изменението на климата.) Горещият въздух има тенденция да потъва в по-хладни зони под повърхността, затопляйки земята под краката ни. Най-големият двигател са сградите, транзитните мрежи и други елементи на застроената среда, които непрекъснато изпомпват топлина в околната земя.

Изследванията показват, че температурите в плитката земя под различни градове по света се повишават със средна скорост между 0,1 и 2,5 градуса по Целзий годишно, в зависимост от фактори като плътност и оформление на застроената среда. Пътуващите в метрото усещат ефекта: когато лятото е в разгара си, подземните станции често не осигуряват голямо спасение от потискащата жега навън, причинявайки не само опасност за общественото здраве, но и прекъсвания на обслужването поради ограничения на скоростта и закъснения.

За да проучат въздействията върху самата земя, през 2019 г. Рота Лория и неговите ученици инсталираха мрежа от 150 сензора в Чикаго, за да наблюдават температурите на и под повърхността и в слоевете глина, които поддържат града. Температурите в подземни конструкции като мазета на сгради, гаражи и влакови тунели достигнаха до 36C между 2020 г. и 2022 г., според техните данни.

В самата глина температурите в близост до тези типове структури са били приблизително 21,5C - около 10 градуса по-горещи от областите, които не са силно засегнати от разпространението на топлина, като например под паркове. Някои от най-топлите райони бяха близо до мазета, каза Рота Лория.

След това екипът използва тези данни, за да създаде цифров близнак на района, включително подземни структури като Millennium Garages - най-голямата подземна система за паркиране в Северна Америка, включваща четири съоръжения, които обхващат 3,8 милиона квадратни фута - за да симулира повишаването на температурата на земята и нейното въздействие върху деформацията на земята от 1951 г., когато са завършени тунелите на метрото в района, до 2051 г.

Според модела температурите на земята са се увеличили с приблизителна средна скорост от 0,49C за първите 50 години от този период. В момента те се затоплят и се очаква да продължат да се затоплят със средна годишна скорост от 0,14C. Спадът в скоростта на затопляне изглежда е свързан с науката за топлопроводимостта - земята може да абсорбира определено количество топлина, преди температурите да започнат да се изравняват. И все пак тези колебания са довели до утаяване и повдигане на почвени слоеве в земята, понякога с повече от 10 милиметра.

Тази цифра може да не изглежда много, но „строителните материали, почвата и скалите са много чувствителни към температурни промени“, каза Рота Лория. „И в гражданското строителство изместванията от порядъка на десетки милиметри могат да бъдат проблематични за работата на градската инфраструктура.“

В краен случай на това как движението на земята може да повреди повърхностните структури, помислете за Auditorium Building, една от многото сгради, построени върху блатистата почва на Чикаго в края на 19 век. Въпреки усилията на инженерите, сградата потъна с повече от 20 см през първата си година. Различни части от сградите са разположени на различни нива, „оставяйки я с неравни подове, които могат да накарат посетителите да се почувстват пияни, докато се придвижват“, както го описва едно списание. По бетонните подове също се образуваха пукнатини.

Историята на Auditorium Building не е свързана с подземните климатични промени, но проучването ясно показва, че затоплянето на земята може да причини деформации. Рота Лория каза, че дори малки пукнатини в основите на сградите и подпорните конструкции могат да повлияят на тяхната функция. По-старите градове са по-склонни да бъдат засегнати, добави той, тъй като те обикновено имат по-стари сгради с по-лоша изолация и по-остарели материали и конструкция.

Рота Лория планира да продължи да проучва проблема, разглеждайки кои видове инфраструктура са особено податливи на повишаване на температурите на земята. В крайна сметка той се надява да създаде инструмент, който други градове могат да използват, за да наблюдават собствените си ефекти на подземните топлинни острови.

Добрата новина, каза той, е, че има начини за смекчаване на ефекта, включително по-добра изолация за подземни структури. Друг начин е да се използва и рециклира топлинния излишък в геотермална енергия, за да се захранват самите структури, изпомпващи топлината.

„Това е голяма възможност от гледна точка на градското планиране, особено в момента с цялото внимание върху енергийната ефективност в сградите и събирането на възобновяема енергия“, каза той. „Можем да превърнем потенциален проблем във възможност.“

Още по темата

Река в сърцето на Европа дава решение за климата на земеделските производители

Екстремните горещини показват, че Европа не е готова за изменението на климата

Корабоплаването се нуждае от ядрена енергия, за да реши проблема с емисиите

Нужни са $200 трилиона, за да се спре глобалното затопляне. Това е изгодна сделка

Рейн очаква ново лято на кризи, докато жегата изпича Европа