Исследование, проведенное в Чикаго, показало, что явление, которое ученые назвали “подземным изменением климата”, деформирует почву под городами.
Согласно исследованию, такое перемещение земель под городскими районами может создать проблему для зданий и инфраструктуры, угрожая долгосрочной производительности и долговечности.
Технически известное как “подповерхностные острова тепла”, подземное изменение климата - это потепление почвы под нашими ногами, вызванное выделением тепла зданиями и подземным транспортом, таким как системы метро.
“Чем плотнее город, тем интенсивнее изменение климата под землей”, - сказал ведущий автор исследования Алессандро Ротта Лория, доцент кафедры гражданского строительства и охраны окружающей среды Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс.
Почва, горные породы и строительные материалы деформируются под воздействием перепадов температур. Например, земля под зданиями может сжиматься при нагревании, вызывая нежелательные осадки, сказал Ротта Лория.
Горизонт Манхэттена виден во время заката в Нью-Йорке, США, 29 марта 2023 года. REUTERS/Аманда Перобелли
Согласно исследованию, Нью-Йорк тонет из-за своих более чем миллионных зданий
“Деформации, вызванные подземным изменением климата, относительно невелики по величине, но они постоянно развиваются”, - сказал он. “Со временем они могут стать очень важными для эксплуатационных характеристик гражданской инфраструктуры, такой как фундаменты зданий, подпорные стенки, туннели и так далее”.
Но подземное изменение климата - это не то же самое, что то, что мы считаем изменением климата в атмосфере, которое в значительной степени обусловлено парниковыми газами и имеет далеко идущие последствия, сказал Дэвид Арчер, профессор геофизических наук Чикагского университета.
“Называть это изменением климата кажется чем-то вроде банальности”, - сказал Арчер, который не принимал участия в исследовании.
Термин “подземное изменение климата”, однако, не был придуман для этого исследования — он используется, и это явление является предметом исследования в течение некоторого времени.
‘Молчаливая опасность’
Изучаемое в течение последних 25 лет изменение климата под землей может вызвать такие проблемы, как загрязнение грунтовых вод или проблемы с подземными железными дорогами, поскольку пути подвержены прогибам или пассажиры заболевают из-за чрезмерной жары. Однако, по словам Ротты Лориа, его воздействие на гражданскую инфраструктуру не изучалось до настоящего исследования.
Исследование, опубликованное в этом месяце в журнале Communications Engineering, было проведено путем установки 150 датчиков температуры по всему району Чикаго Луп, как над землей, так и под землей, а также в различных местах, таких как подвалы, туннели и гаражи-стоянки. Датчики также были установлены в Грант-парке вдоль озера Мичиган для сравнения температур в незастроенном районе, где нет избыточного тепла, поступающего в результате строительства или транспортировки.
Данные собирались в течение трех лет, и результаты показали, что земля под Петлей была на 18 градусов по Фаренгейту (10 градусов по Цельсию) теплее, чем земля под парком.
“Мы обнаружили подземные сооружения, такие как подвалы, где температура воздуха была очень высокой”, - сказал Ротта Лория. “И следствием этого является то, что по крайней мере часть тепла со временем будет рассеиваться по направлению к земле, и в этом причина этого явления”.
Затем исследователи использовали полученные данные для построения компьютерной модели Чикагской петли и имитации влияния повышения температуры на землю с 1950-х по 2050 год. Они обнаружили, что в зависимости от состава почвы грунт неравномерно реагирует на потепление и может как расширяться, так и сжиматься в количествах, которые, хотя и незаметны для человека, могут вызвать проблемы для зданий.
Важно подчеркнуть, что изменение климата под землей не угрожает безопасности людей и не угрожает обрушением конструкций и зданий”, - сказал Ротта Лория. “Это действительно создает потенциальную проблему для функциональности и долговечности конструкций, поскольку чрезмерные деформации грунта могут привести к перекосу, наклону и потенциальному растрескиванию”.
В результате вода может легче проникать в треснувшие конструкции, потенциально вызывая коррозию таких материалов, как железобетон.
“Существует то, что я называю молчаливой опасностью”, - сказал Ротта Лория. “Здания, которые более подвержены проблемам, поскольку они были спроектированы и построены с использованием устаревших подходов, также являются теми, которые в наибольшей степени способствуют изменению климата под землей, поскольку им не хватает надлежащей теплоизоляции и, следовательно, они выделяют больше всего тепла в грунт”.
Собирающий тепло
Однако, по словам Ротты Лории, не все так безнадежно. “Это исследование может заставить нас осознать, что перед нами открывается возможность — мы можем действовать, причем по-разному”, - сказал он.
Здания будущего не приведут к значительному усилению этого явления, поскольку современные строительные технологии и нормативные акты требуют лучшей изоляции и энергоэффективности. По словам Ротты Лориа, понимание подземного тепла открывает новые возможности для тех сооружений, которые уже существуют.
Терра Белла, Калифорния - 14 октября: Компания Мэтта Дэвиса пробуривает скважину глубиной 1300 футов в фруктовом саду на ферме Сеттон Фармс в четверг, 14 октября 2021 года в Терра Белла, Калифорния. (Ирфан Хан / Los Angeles Times через Getty Images)
Исследование показало, что люди выкачивают так много грунтовых вод, что ось Земли сместилась
“Мы можем принять меры, применив теплоизоляцию к ограждающим конструкциям подземных зданий, чтобы свести к минимуму количество отходящего тепла, которое уходит в землю”, - сказал он. “Но если по какой-либо причине мы не сможем теплоизолировать здания для повышения их энергоэффективности, мы могли бы, по крайней мере, внедрить геотермальные технологии под ними или рядом с ними, чтобы поглощать выделяющееся отработанное тепло и использовать его для отопления и охлаждения”.
Дэвид Толл, профессор инженерии и содиректор Института опасностей, рисков и жизнестойкости при Даремском университете в Соединенном Королевстве, сказал, что исследование важно, поскольку последствия тепловых движений грунта под городами не были предметом большого количества исследований.
“Мой вывод из исследования заключается в том, что для Чикагской петли мы теперь знаем, что эти тепловые движения, которые имели место, и те, которые прогнозируются на ближайшее будущее, недостаточно велики, чтобы вызывать беспокойство. Это очень полезное открытие”, - сказал Толл, который не принимал участия в исследовании.
“Однако это не означает, что такие перепады температуры ниже уровня других городов с другими грунтовыми условиями не могут быть потенциально проблематичными”.Подробнее ➤
