В США обнародованы итоги исследования, впервые показавшего количественную оценку климатических изменений в подземных слоях почвы и его воздействия на гражданскую инфраструктуру. Об этом сообщает сайт SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Новое исследование Северо-Западного университета в Чикаго впервые связало глобальное изменение климата с изменением свойств почвы под городскими районами. По мере того, как земная поверхность нагревается, это также вызывает деформации в ближних подповерхностных слоях. Это явление грозит чрезмерным смещением фундаментов зданий и окружающего грунта (из-за расширений и сжатий), их растрескиванием, что в конечном итоге влияет на долгосрочные эксплуатационные характеристики и долговечность конструкций.
«Изменение подземного климата – это скрытая угроза. Чикагская глина может сжиматься при нагревании, как и многие другие мелкозернистые почвы. В результате повышения температуры под землей многие фундаменты в центре города медленно, но постоянно подвергаются нежелательной осадке. Другими словами, вам не нужно жить в Венеции, чтобы оказаться в городе, который тоже «тонет», даже если причины таких явлений совершенно другие», – сказал доцент кафедры гражданского и экологического строительства Северо-Западного университета Алессандро Ротта Лориа, руководивший исследованием.
По его словам, во многих городских районах по всему миру тепло постоянно распространяется от зданий и подземного транспорта, в результате чего земля нагревается с угрожающей скоростью. Предыдущие исследователи обнаружили, что неглубокие недра под городами за десятилетие нагреваются на 0,1-2,5°C по Цельсию.
«Подвалы, подземные гаражи, туннели – все эти объекты постоянно излучают тепло. В целом в городах теплее, чем в сельской местности, потому что строительные материалы периодически задерживают тепло, полученное от деятельности человека и солнечной радиации, а затем выделяют его в атмосферу. Этот процесс наблюдается уже десятилетиями. Теперь мы видим его подземный аналог, который в основном обусловлен антропогенной деятельностью», – отметил Ротта Лориа.
Его исследовательская группа установила беспроводную сеть из более чем 150 датчиков температуры по всей городской черте Чикаго – как над землей, так и под землей, включая также и Грант-парк – зеленую зону, расположенную вдоль озера Мичиган, вдали от зданий и подземных транспортных систем.
Данные этой сети датчиков показали, что подземные температуры районов городской застройки в Чикаго часто на 10 градусов выше, чем температуры под Грант-парком. Температура воздуха в подземных сооружениях может быть до 25 градусов выше температуры невозмущенного грунта. Часть этого тепла распространяется в почву, что создает значительную нагрузку на материалы, которые расширяются и сжимаются при изменении температуры.
После сбора данных в течение трех лет группа Ротта Лориа построила трехмерную компьютерную модель, отражающую изменения температуры почвы с 1951 года до сегодняшнего дня. Это моделирование было использовано, чтобы предсказать, как температура будет меняться до 2051 года, а также на расчет того, как различные типы почвы деформируются в ответ на повышение температуры. В то время как одни материалы (мягкая и жесткая глина) сжимаются при нагревании, другие (твердая глина, песок и известняк) – напротив, расширяются.
Согласно моделированию, более высокие температуры могут привести к тому, что ряд почв набухнет и расширится вверх на величины до 12 мм, а буквально по соседству грунт может сжаться и просесть вниз (под тяжестью зданий и сооружений) – на величины до 8 мм. Хотя это кажется малым и незаметным для людей, но очень немногие строительные компоненты и фундаментные системы могут выдержать эти деформации без ущерба для своих эксплуатационных требований.
«На основе нашего компьютерного моделирования мы показали, что деформации грунта могут быть настолько серьезными, что могут привести к проблемам в работе гражданской инфраструктуры. Из этого не следует, что масса построек внезапно рухнет – процессы протекают очень медленно. Но последствия для работоспособности сооружений и инфраструктуры могут быть очень плохими. Вполне возможно, что подземное изменение климата уже вызвало трещины и чрезмерные просадки фундаментов, которые мы не связывали с этим явлением, потому что попросту не знали об этом», – пояснил Ротта Лориа.
Поскольку градостроители и архитекторы проектировали большинство современных зданий до того, как появились подземные климатические изменения, они не проектировали конструкции, способные выдерживать перепады температур, с которыми мы сталкиваемся сегодня. Впрочем, более современные здания смогут пережить это лучше.
«В Соединенных Штатах большинство зданий относительно новые. Но вот европейские города с очень старыми зданиями будут более восприимчивы к изменению климата под землей. Тепловые возмущения, связанные с подземными «островами тепла», могут иметь пагубные последствия для таких конструкций», – указал Ротта Лориа.
По мнению исследователей, будущие стратегии планирования должны интегрировать геотермальные технологии для сбора отработанного тепла и подачи его в здания для обогрева помещений. Планировщики также могут установить теплоизоляцию на новых и существующих зданиях, чтобы свести к минимуму количество тепла, попадающего в землю.