Naukowcy powiązali zmiany klimatu z przemieszczaniem się gruntu pod obszarami miejskimi. Gdy ziemia się nagrzewa, również się odkształca. Zjawisko to powoduje ruchy fundamentów budynków i otaczającego je gruntu, co ostatecznie wpływa na trwałość konstrukcji, które nie zostały zaprojektowane do radzenia sobie z takimi wyzwaniami. Badacze donoszą, że to zjawisko mogło spowodować uszkodzenia budynków w przeszłości i spodziewają się, że problemy te będą się utrzymywać przez wiele lat.
Wiemy, że klimat na Ziemi się ociepla. Wiemy też, że w coraz większym stopniu wpływa to na funkcjonowanie na naszej planecie. Ale okazuje się, że rosnące temperatury stanowią zagrożenie również dla naszej infrastruktury. Chodzi o deformacje gruntu – rozszerzanie się i kurczenie spowodowane przez podpowierzchniowe wyspy ciepła. Zjawisko to, jak przekonują naukowcy z Northwestern University, zagraża istniejącym budowlom.
Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Communications Engineering” (DOI: 10.1038/s44172-023-00092-1).
Na temperaturę pod powierzchnią Ziemi ma wpływ nie tylko klimat, ale i to, co pod nią umieszczamy. Dobrym przykładem jest tutaj metro, które generuje znaczne ilości ciepła. Zresztą dotyczy to nawet miast, które metra nie posiadają, ponieważ jego źródłem są także biegnące pod ziemią rury oraz przewody. Do tego dochodzą jeszcze np. podziemne garaże.
Ciepło dostarczone pod powierzchnię następnie rozchodzi się po okolicznym gruncie, wpływając na jego właściwości fizyczne. Czy jednak te zmiany są w stanie wpłynąć na budynki znajdujące się na powierzchni? A jeżeli tak, to w jakim stopniu?
Bazując na danych dotyczących Chicago inżynier Alessandro Rotta Loria z Northwestern University w stanie Illinois stworzył trójwymiarowy model komputerowy symulujący wpływ rosnącej temperatury na zlokalizowane pod miastem grunty, jak i stojące na nich budynki. W swoich symulacjach uwzględnił okres wynoszący dokładnie wiek: od roku 1951, w którym to ukończone zostały tunele pod Chicago, aż do roku 2051.
Modele pokazały, że podziemne wyspy ciepła mogą mieć wpływ na to, co zlokalizowane jest na powierzchni. A podłoże składające się po części z gliny, jak to pod Chicago, jest szczególnie podatne na rozszerzanie się i kurczenie pod wpływem tak wody, jak i temperatury.
Na negatywne skutki w powyższym kontekście narażone mogą być także inne miasta. Przykładowo wiadomo, że Nowy Jork zaczyna osiadać pod wpływem ciężaru własnych wieżowców, a dodanie do tego niestabilności gruntu spowodowanej zmianami temperatur z pewnością nie poprawia sytuacji. Zresztą te podziemne wyspy ciepła występują w wielu miastach na całej planecie. Naukowcy stwierdzili ich obecność chociażby pod Amsterdamem, Berlinem, Nankinem czy Stambułem.
Wracając do Chicago, pod którym grunty ocieplają się w tempie około 0,14 stopni Celsjusza rocznie, Alessandro Rotta Loria informuje, że na skutek zmian temperatur grunt pod tym miastem ulega stałym deformacjom, a wiele istniejących konstrukcji czy elementów infrastruktury nie zostało zaprojektowanych tak, aby wytrzymywać takie zmiany. W zależności od rodzaju gruntu, jego ocieplanie się w Chicago było w stanie wywołać przesunięcia o od 8 do 12 milimetrów.
O ile nie należy się spodziewać, że budynki nagle zaczną się masowo zawalać, to jednak nawet niewielkie, kilkumilimetrowe zmiany mogą spowodować, że ich fundamenty ulegną osłabieniu, co w dłuższej perspektywie może przełożyć się na obniżenie wytrzymałości całej konstrukcji. Zresztą zdaniem Alessandro Rotta Lorii jest prawdopodobne, że już w tym momencie omawiane tutaj zmiany przyczyniły się do osiadania części fundamentów lub nawet stały się przyczyną wystąpienia w nich pęknięć.
Źródło: Northwestern University, fot. Alessandro Rotta Loria/Northwestern University
