Allison Parshall
تمتص الشوارع والأرصفة وأسقف المدن الحرارة خلال النهار، مما يجعل بعض المناطق الحضرية أكثر سخونة بما يصل إلى ست درجات فهرنهايت مقارنة بالمناطق الريفية خلال النهار، و22 درجة فهرنهايت أكثر سخونة في الليل. يمكن أن تتطور هذه “الجزر الحرارية الحضرية” أيضًا تحت الأرض حيث تنتشر حرارة المدينة إلى الأسفل، تحت السطح. كما أن الأقبية وأنفاق المترو والبنية التحتية تحت الأرض الأخرى تنبعث منها الحرارة باستمرار إلى الأرض المحيطة، مما يخلق نقاطًا ساخنة. والآن، تتراكم الحرارة تحت الأرض مع ارتفاع حرارة الكوكب.
وفقًا لدراسة جديدة لوسط مدينة شيكاغو، قد تهدد النقاط الساخنة تحت الأرض نفس الهياكل التي تنبعث منها الحرارة في المقام الأول. تجعل هذه التغيرات في درجات الحرارة الأرض حولها تتمدد وتنكمش بما يكفي للتسبب في أضرار محتملة. يقول مؤلف الدراسة أليساندرو ف. روتا لوريا، مهندس مدني وبيئي في جامعة نورث وسترن: “دون أن يدرك أحد ذلك، كان وسط مدينة شيكاغو يتشوه”.
توضح النتائج، التي نُشرت في مجلة “Communications Engineering”، وجود “خطر صامت” على البنية التحتية المدنية في المدن ذات الأرضية الأكثر نعومة، خاصة تلك القريبة من الماء، كما يقول روتا لوريا. ويضيف: “قد تكون هناك مشاكل هيكلية ناتجة عن هذا التغير المناخي تحت الأرض الذي حدث، ولم ندركه”. وبينما لا يشكل هذا تأثيرًا مباشرًا أو فوريًا على حياة البشر، فإن هذا التأثير غير المعروف من قبل يبرز تأثيرات عنصر أقل شهرة من تغير المناخ.
يقول جرانت فيرغسون، الجيولوجي الهندسي في جامعة ساسكاتشوان، الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: “بالنسبة لكثير من الأشياء تحت السطح، فهي نوعًا ما بعيدة عن الأنظار، وبعيدة عن العقل”. ومع ذلك، يعج العالم تحت الأرض بالحياة. إنه موطن للحيوانات التي تكيفت مع الحياة تحت الأرض مثل الديدان والقواقع والحشرات والقشريات والسلمندر. هذه المخلوقات معتادة على “ظروف ثابتة للغاية”، كما يقول بيتر باير، الجيوفيزيائي في جامعة مارتن لوثر هالي-فيتنبرغ في ألمانيا، الذي لم يشارك أيضًا في الدراسة. ويوضح: غالبًا ما تتأرجح درجات الحرارة فوق الأرض بشكل كبير على مدار العام، لكن تحت السطح تبقى حول متوسط درجة الحرارة السنوية. في شيكاغو، تكون حوالي 52 درجة فهرنهايت.
يقول فيرغسون إن تحت السطح “ذاكرة لا تمتلكها درجات حرارة الهواء”. ومع ارتفاع هذه درجات الحرارة الثابتة بسبب تغير المناخ والتطوير الحضري تحت الأرض، يقوم العلماء مثل فيرغسون وباير بمراقبة التأثيرات المحتملة على النظم البيئية تحت الأرض. على سبيل المثال، إذا أصبحت المياه الجوفية دافئة جدًا، فقد تقتل الحيوانات أو تبعدها، وتسبب تغيرات كيميائية في الماء، وتصبح أرضًا خصبة للميكروبات.
لكن مسألة كيفية تأثير النقاط الساخنة تحت الأرض على البنية التحتية الحضرية لم تُدرس بشكل كبير. ونظرًا لأن المواد تتمدد وتنكمش مع تغير درجة الحرارة، اشتبه روتا لوريا في أن الحرارة المتسربة من الأقبية والأنفاق قد تساهم في التآكل والاهتراء في مختلف الهياكل.
تم جمع بيانات درجات الحرارة على مدار ثلاث سنوات من أكثر من 150 مستشعرًا حراريًا عالي الدقة تم تركيبها في الأقبية وأنفاق القطارات ومواقف السيارات تحت منطقة وسط مدينة شيكاغو، وذلك لدراسة تأثير التعمير المكثف على درجة حرارة التربة في المناطق الحضرية. وللمقارنة، تم تركيب مستشعرات حرارية أخرى في التربة تحت منتزه جرانت، الواقع في منطقة لووب، على طول شاطئ بحيرة ميشيغان، لتمثيل منطقة خضراء مفتوحة.
ترتفع درجات حرارة الأرض الإجمالية في شيكاغو بمعدل 0.25درجة فهرنهايت سنويًا، حيث تصل القراءات في مواقع تحت الأرض محددة إلى 27 درجة فهرنهايت أكثر سخونة من التربة غير المتأثرة. وتكون درجات الحرارة تحت مباني منطقة لووب أعلى بشكل عام بمقدار 18 درجة فهرنهايت من تلك الموجودة تحت منتزه جرانت .لفهم كيف أثرت هذه الفروقات الكبيرة في درجات الحرارة على الخصائص الفيزيائية للتربة، استخدم روتا لوريا نموذجًا حاسوبيًا لمحاكاة البيئة تحت الأرض منذ الخمسينيات حتى الآن، ثم للتنبؤ بكيفية تغير هذه الظروف من الآن حتى عام 2050.
وجد أنه بحلول منتصف هذا القرن، قد ترتفع بعض المناطق تحت منطقة لووب بمقدار يصل إلى 12 ملليمترًا أو تستقر بمقدار يصل إلى ثمانية ملليمترات، اعتمادًا على تركيب التربة في المنطقة المعنية. على الرغم من أن هذه التحركات قد تبدو صغيرة، يقول روتا لوريا إنها قد تسبب تشققات في الأساسات والجدران لبعض المباني. هذا يمكن أن يؤدي إلى أضرار مائية أو يتسبب في ميلان المباني. وعلى مدى العقود الأخيرة، قد يكون هذا العامل الخفي قد ساهم في بعض التحديات والتكاليف المستمرة لصيانة هذه الهياكل.
تقول كاترين مينبرغ، الجيوفيزيائية في معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا، والتي لم تشارك في دراسة روتا لوريا، إن هذه التنبؤات بالإزاحة أكبر بكثير مما كانت تتوقعه وقد تكون مرتبطة بالتربة الطينية الناعمة في شيكاغو. تقول: “المادة الطينية حساسة بشكل خاص”. و”ستكون مشكلة كبيرة في جميع المدن حول العالم التي بُنيت على مثل هذه المواد”. يشمل ذلك العديد من المدن القريبة من المحيطات والأنهار، على سبيل المثال، لندن مبنية على طبقة من الطين. في المقابل، المدن التي بُنيت بشكل رئيسي على الصخور الصلبة “مثل مدينة نيويورك”، لن تتأثر بهذا التأثير بنفس القدر، كما يقول فيرغسون.
بشكل مشابه لتغيرات المناخ فوق السطح، تحدث هذه التغيرات تحت الأرض على مدى فترات زمنية طويلة. يقول فيرغسون: “استغرقت هذه التأثيرات عقودًا، ربما قرنًا من الزمن، لتظهر”. ويضيف “أن ارتفاع درجات الحرارة تحت الأرض سيستغرق أيضًا وقتًا طويلاً ليتلاشى.” يمكننا، في الأساس، إيقاف كل شيء، وستظل آثار ارتفاع درجة الحرارة موجودة لفترة طويلة.
لكن فيرغسون وجميع الباحثين الذين تمت مقابلتهم لهذه القصة يتفقون على أن هذه الطاقة المهدرة يمكن إعادة استخدامها، مما يوفر فرصة لتبريد التربة السفلية وتوفير الطاقة في الوقت نفسه. يمكن تجهيز أنفاق المترو والأقبية بأنظمة الطاقة الحرارية الجوفية لاستعادة الحرارة. على سبيل المثال، يمكن تركيب أنابيب مياه لتجري عبر النقاط الساخنة تحت الأرض لامتصاص بعض الطاقة الحرارية. ورغم أن هذه الطاقة لن تكون كافية لتوليد الكهرباء، فإنه يمكن استخدامها لتدفئة المباني والبنية التحتية المدنية الأخرى .قد لا تكون هذه الطريقة اقتصادية بسبب التكاليف الأولية المرتفعة، وفي حالة منطقة لووب، قد تساهم بنسبة أقل من 1% في إجمالي الطلب المحلي على الطاقة.
مع ذلك، قد يتغير هذا الحساب مع استمرار تغير المناخ العالمي في تضخيم الاحترار تحت الأرض. في عالم يزداد احترارًا، ستحتاج المباني إلى مزيد من الطاقة الكهربائية للحفاظ على البرودة، مما يؤدي إلى توليد طاقة حرارية مهدرة. وبمرور الوقت، ستتراكم هذه الحرارة تحت أقدامنا. يقول روتا لوريا :”إنه مثل تغير المناخ .إنه يحدث. ربما لا نراه دائمًا، لكنه يحدث.”
المصدر: scientific american
