"Подземното изменение на климата" деформира земята под сградите: Проучване

Проучване, проведено в Чикаго, установи, че явление, което учените наричат "подземно изменение на климата", деформира земята под градовете.

Според изследването това изместване на земята под градските райони може да представлява проблем за сградите и инфраструктурата, като застрашава дългосрочните им характеристики и издръжливост.

Технически известно като "подпочвени топлинни острови", подземното изменение на климата е затоплянето на земята под краката ни, причинено от топлината, отделяна от сградите и подземния транспорт, като например системите на метрото.

"Колкото по-гъст е градът, толкова по-интензивно е изменението на подземния климат", казва водещият автор на изследването Алесандро Рота Лория, доцент по гражданско и екологично инженерство в Северозападния университет в Еванстън, Илинойс.

Почвата, скалите и строителните материали се деформират, когато са подложени на температурни колебания. Например земята под сградите може да се свие при нагряване, което води до нежелано слягане, казва Рота Лория.

"Деформациите, причинени от изменението на подземния климат, са сравнително малки по размер, но се развиват непрекъснато", казва той. "С течение на времето те могат да станат много съществени за експлоатационните характеристики на гражданската инфраструктура, като основи на сгради, водозадържащи стени, тунели и т.н."

Но изменението на климата под земята не е същото като това, което смятаме за изменение на климата в атмосферата, което до голяма степен се дължи на парниковите газове и има широкообхватни последици, казва Дейвид Арчър, професор по геофизични науки в Чикагския университет.

"Наричането на това изменение на климата изглежда като нещо малко наопаки", казва Арчър, който не е участвал в изследването.

Терминът "подземно изменение на климата" обаче не е измислен за това проучване - той се използва, а явлението е обект на изследване от известно време.

Тиха опасност

Проучвано през последните 25 години, изменението на климата под земята може да доведе до проблеми като замърсяване на подпочвените води или проблеми с подземните железници, като направи релсите податливи на огъване или причини заболяване на пътниците поради прекомерна топлина. Според Rotta Loria обаче до това проучване не е изследвано въздействието му върху гражданската инфраструктура.

Изследването, публикувано този месец в списание Communications Engineering, е проведено чрез инсталиране на 150 температурни сензора в района на Чикаго Loop, както над земята, така и под нея, и на различни места, като мазета, тунели и паркинги. Сензори бяха поставени и в Грант парк покрай езерото Мичиган, за да се сравнят температурите в незастроен район, в който няма излишна топлина от строителството или транспорта.

Данните са събирани в продължение на три години и резултатите показват, че земята под Loop е била с до 18 градуса по Фаренхайт (10 градуса по Целзий) по-топла от земята под парка.

"Открихме подземни структури, като например мазета, в които температурата на въздуха беше много висока", казва Рота Лория. "И последицата от това е, че поне част от топлината ще се разпространи към земята с течение на времето и това е произходът на явлението."

След това изследователите използват данните, за да изградят компютърен модел на Чикагската примка и да симулират ефекта от повишаването на температурата върху земята, от 1950 г. до 2050 г. Те установяват, че в зависимост от състава на почвата, земята реагира неравномерно на затоплянето и може както да се разширява, така и да се свива със стойности, които - макар и незабележими за хората - могат да причинят проблеми за сградите.

Важно е да се подчертае, че подземните климатични промени не застрашават безопасността на хората и не заплашват да разрушат структури и сгради", казва Рота Лория. "То обаче представлява потенциално предизвикателство за функционалността и дълготрайността на структурите, тъй като прекомерните деформации на земната основа могат да доведат до изкривяване, накланяне и потенциално напукване."

В резултат на това водата би могла да се влее по-лесно в напуканите структури, което потенциално може да доведе до корозия в материали като стоманобетон.

"Налице е нещо, което наричам "тиха опасност", казва Рота Лория. "Сградите, които са по-предразположени към проблеми, тъй като са проектирани и построени с остарели подходи, са и тези, които допринасят най-много за изменението на подземния климат, тъй като нямат подходяща топлоизолация и следователно инжектират най-много топлина в земята."

Събиране на топлина

Според Rotta Loria обаче не всичко е само мрачно и безрадостно. "Това проучване може да ни накара да осъзнаем, че сме пред възможност - можем да предприемем действия, и то по различни начини", каза той.

Бъдещите сгради няма да увеличат значително явлението, тъй като съвременните строителни технологии и разпоредби предписват по-добра изолация и енергийна ефективност. А за тези структури, които вече съществуват, разбирането на подземната топлина предоставя възможности, според Рота Лория.

Можем да предприемем действия, като приложим топлоизолация на подземните сгради, за да намалим до минимум количеството отпадна топлина, която отива в земята", каза той. "Но ако по някаква причина не сме в състояние да топлоизолираме сградите, за да повишим енергийната им ефективност, бихме могли поне да разположим геотермални технологии под или до тях, за да абсорбираме генерираната отпадна топлина и да я използваме за отопление и охлаждане."

Дейвид Тол, професор по инженерни науки и съдиректор на Института за опасности, рискове и устойчивост към Университета Дърам в Обединеното кралство, заяви, че проучването е важно, тъй като ефектите от топлинните движения на земята под градовете не са били обект на много изследвания.

"Моето заключение от проучването е, че за Чикагския контур сега знаем, че тези топлинни движения, които са се случили, и тези, които се прогнозират за близкото бъдеще, не са достатъчно големи, за да бъдат обезпокоителни. Това е много полезен извод", казва Толл, който не е участвал в изследването.

"Това обаче не означава, че подобни температурни промени под други градове, с различни земни условия, не биха могли да бъдат потенциално проблематични."

Източник: CNN