Сензори отчитат „тиха опасност“: земята под градовете се повдига с 12 мм

За първи път учени са определили количествено ефектите от тиха опасност, известна като „подземни топлинни острови“ под големи градове, според ново изследване, публикувано в Nature Communications Engineering на 11 юли.

Въпреки че проучването подчертава дългосрочните щети на конструкциите, то също така вижда възможност за улавяне на подземна топлина, с помощта на геотермални технологии, като неизползван топлинен енергиен ресурс.

Какво представляват подземните топлинни острови?

Деформирането в резултат на температурни промени засяга фундаментните системи и градската инфраструктура, обяснява водещият автор Рота Лория, асистент по градско и екологично инженерство в McCormick School of Engineering към Северозападния университет, в прессъобщение.

„Почвата в Чикаго може да се свие при нагряване, подобно на много други фини почви. В резултат на повишаване на температурата под земята, много основи в центъра претърпяват нежелано утаяване, бавно, но непрекъснато“, подчертава той.

Въпреки това подземните топлинни острови не са ограничени до Чикаго, а са общи за градските райони в световен мащаб.

За да разберат въздействието на подземното изменение на климата върху градската инфраструктура, Лория и неговият екип разположиха безжична мрежа от над 150 температурни сензора в квартала Chicago Loop.

Тези сензори бяха поставени над и под земята, в мазета на сгради, тунели на метрото, подземни паркинги и улици.

Данните от сензорната мрежа разкриха, че подземните температури в квартала Loop често са с 10 градуса по-високи от тези под Grant Park – зелено пространство далеч от градските структури.

Екипът установи, че температурите на въздуха в подземните конструкции могат да бъдат до 25 градуса по-високи от необезпокояваната температура на земята, упражнявайки значително напрежение върху материалите, които се разширяват и свиват при температурни промени.

Използвайки данните за температурата, събрани в продължение на три години, Рота Лория разработи 3D компютърен модел за симулиране на еволюцията на земните температури от 1951 г. до днес. Моделът също така предвижда температурни промени до 2051 г.

Повдигане и потъване на земята

Симулациите демонстрират как възниква деформация на земята поради повишаване на температурите, като някои материали се свиват, а други се разширяват.

По-високите температури могат да накарат земята да се издуе нагоре с до 12 милиметра или да потъне надолу с до 8 милиметра, което представлява предизвикателство за строежи.

Лория подчертава, че тежките деформации на земята, причинени от подземните климатични промени, могат да повлияят на работата на градската инфраструктура, въпреки че въздействието може да не се забележи веднага.

С течение на времето тези деформации могат да доведат до пукнатини и прекомерно слягане на основата.

Проучването предполага, че сградите, проектирани преди появата на подземните климатични промени, са по-малко оборудвани да се справят с температурните промени, отколкото по-модерните структури.

Например по-новите сгради в САЩ може да се справят по-добре. Но градовете в Европа с по-стари сгради, изработени от камък и тухли, са по-уязвими към подземни топлинни острови, тъй като са изградени на основата на стари проекти и строителни практики, чувствителни към топлинни смущения.

За да се справи с този проблем, екипът предлага бъдещите стратегии за планиране да включват геотермални технологии за овладяване на подземната топлина за отопление на сгради. Освен това може да се монтира топлоизолация върху нови и съществуващи конструкции, за да се сведе до минимум количеството топлина, навлизащо в земята.

„Не искаме да използваме технологии за активно охлаждане на подземни структури, защото това използва излишна енергия“, заключи той.

Пълното проучване е публикувано в Nature Communications Engineering на 11 юли и може да бъде намерено тук.