وسط مدينة شيكاغو. (جو دانييل برايس / جيتي إيماجيس)
ترتفع درجة حرارة الأرض أسفل مدننا الرئيسية ، وتتحول إلى طرق يمكن أن تلحق الضرر بالمباني والجسور وأنظمة النقل.
ما عليك سوى أن تسأل أي راكب يعاني من الحر في مترو أنفاق لندن أو مترو أنفاق مدينة نيويورك ، وسوف يتعرق ليخبرك عن الكيفية التي تنفث بها أنظمة النقل تحت الأرض الحرارة.
مع انتشار هذه الحرارة في الأرض ، فإنها ترفع درجات حرارة الأرض ، وهو ما أظهر بحث جديد أنه قد حوّل التربة إلى أسفل مدينة أمريكية بشكل طفيف للغاية - ولكن تم بناء أكثر من معظم المباني لتحملها.
باستخدام منطقة شيكاغو لوب كدراسة حالة ، وثلاث سنوات من البيانات من شبكة من أجهزة استشعار درجة الحرارة اللاسلكية ، قام المهندس المدني أليساندرو روتا لوريا من جامعة نورث وسترن في إلينوي ببناء نموذج كمبيوتر ثلاثي الأبعاد لمحاكاة كيفية تأثير درجات الحرارة المرتفعة على البيئة تحت السطحية.
تمتد عمليات المحاكاة التي قام بها إلى قرن من الزمان ، من عام 1951 (العام الذي أكملت فيه شيكاغو أنفاق مترو الأنفاق) إلى عام 2051 ، وتكشف عن "تأثير صامت ولكنه قد يكون إشكاليًا لجزر الحرارة الحضرية تحت السطحية على أداء الهياكل المدنية والبنى التحتية" ، كتب روتا لوريا في نظيرته ورقة مراجعة.
علمنا مؤخرًا فقط كيف يمكن أن تغرق مدينة نيويورك تحت وطأة ناطحات السحاب . أضف الحرارة إلى المزيج ، ويمكن للأرض الموجودة أسفل المدن أن تتحرك ببطء وتستقر وتهدأ عندما تجف التربة وتندمج.
بصرف النظر عن أنفاق المترو المزدحمة ، تأتي هذه الحرارة من خطوط الأنابيب تحت الأرض والكابلات الكهربائية التي تتقاطع مع مدننا ؛ الأرض مرصعة بأساسات المباني ومواقف السيارات التي تتسرب منها الحرارة أيضًا.
في حين أن جميع البيئات المبنية تمتص الحرارة من الشمس ، فإن الرواسب الطينية الدقيقة مثل تلك الموجودة أسفل شيكاغو معرضة بشكل خاص للتقلص أو الانتفاخ بالحرارة والماء.
تقول روتا لوريا إنه من غير المرجح أن تنهار المباني بسبب التشوهات البطيئة المرتبطة بالحرارة . لكن التغييرات الطفيفة تحت السطح التي لا تتجاوز بضعة ملليمترات يمكن أن تضغط على الأساسات أو تعبئتها وتؤثر على متانة أو أداء مواد البناء بمرور الوقت.
توضح روتا لوريا التي وجدت أن درجات حرارة الأرض في شيكاغو ترتفع حاليًا عند حوالي 0.14 درجة مئوية سنويًا: "تتشوه الأرض [في شيكاغو] نتيجة للتغيرات في درجات الحرارة ، ولم يتم تصميم أي بنية مدنية أو بنية تحتية لتحمل هذه الاختلافات".
"على الرغم من أن هذه الظاهرة ليست خطرة بالضرورة على سلامة الناس ، إلا أنها ستؤثر على العمليات اليومية العادية لأنظمة الأساس والبنية التحتية المدنية بشكل عام."
لقد عرف العلماء عن تغير المناخ تحت الأرض ( أو الجزر الحرارية الجوفية) لبضعة عقود ، وسجلوا النقاط الساخنة في التربة والمياه الجوفية تحت مدن مثل أمستردام وإسطنبول ونانجينغ وبرلين .
في دراسة روتا لوريا ، وجد اختلافات أكبر في درجة حرارة الأرض في الجزء الشمالي ، وهو جزء أكثر كثافة من منطقة لوب في شيكاغو مقارنة بنهايته الجنوبية المتناثرة.
في المتوسط عبر المنطقة بأكملها ، تفاوتت درجات الحرارة داخل طبقات التربة المتميزة بحوالي 1-5 درجة مئوية (1.8-9 درجة فهرنهايت). وفقًا لنوع التربة ، تسببت درجات الحرارة الأكثر دفئًا في حدوث نزوح يتراوح بين 8 و 12 ملمًا تحت المباني المختلفة ، وفقًا للنمذجة.
في حين أن بضعة ملليمترات قد تبدو صغيرة ، والمباني مصممة لتحمل بعض المباني المرنة والقديمة والبنية التحتية الأخرى لم يتم بناؤها لتحمل التغيرات في درجات الحرارة التي نشهدها اليوم ، كما تقول روتا لوريا.
يقول : "من المحتمل جدًا أن يكون تغير المناخ تحت الأرض قد تسبب بالفعل في حدوث تصدعات ومستوطنات أساسية مفرطة لم نربطها بهذه الظاهرة لأننا لم نكن على علم بها" .
في حين أن خفض الانبعاثات لتقليل درجات الحرارة العالمية من شأنه أن يخفف الضغط بالتأكيد ، فإن بعض المدن تجرب استخدام الحرارة المهدرة من أنظمة النقل مثل مترو باريس لتسخين المباني السكنية وأنظمة المياه الساخنة.
يقول العلماء ، المسماة إعادة التدوير الحراري ، إنها فكرة مجدية قد تصبح ضرورية بشكل متزايد مع ارتفاع درجة حرارة العالم وتوسع مدننا.
وتخلص روتا لوريا في الورقة إلى أنه "ينبغي التخفيف من تغير المناخ الجاري تحت الأرض لتجنب الآثار غير المرغوب فيها على الهياكل المدنية والبنى التحتية في المستقبل" .
تم نشر الدراسة في مجلة هندسة الاتصالات .
