برای اولین بار، دانشمندان اثرات یک خطر خاموش به نام جزایر گرمایی زیرزمینی را در زیر شهرهای بزرگ جهان اندازه‌گیری کردند.
به گزارش تکناک، مطالعات جدیدی در 11 ژوئیه در Nature Communications Engineering در این رابطه منتشر شد و در حالی که این مطالعه آسیب طولانی مدت به سازه‌ها را برجسته میکند، فرصتی را نیز برای جذب گرمای اتلافی زیرزمینی با استفاده از فناوری های زمین گرمایی به عنوان یک منبع انرژی حرارتی دست نخورده در نظر می گیرد.
جزایر گرمایی زیرزمینی چیست؟
روتا لوریا، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست در دانشگاه نورث وسترن، در بیانیه‌ای توضیح داد که تغییر شکل ناشی از تغییرات دما بر عملکرد عادی سیستم‌های فونداسیون و زیرساخت‌های عمرانی تأثیر می‌گذارد.
او تاکید کرد: خاک رس منطقه شیکاگو مانند بسیاری از خاک های ریزدانه دیگر هنگام گرم شدن می تواند منقبض شود. در نتیجه افزایش دما در زیر زمین، بسیاری از پایه‌های مرکز شهر به آرامی اما پیوسته در معرض نشست ناخواسته قرار می‌گیرند.
با این حال، جزایر گرمایی زیرسطحی محدود به شیکاگو نیستند، بلکه در مناطق شهری در سراسر جهان وجود دارند.
برای درک تأثیر تغییرات آب و هوایی زیرزمینی بر زیرساخت‌های شهری، لوریا و تیمش یک شبکه بی‌سیم از بیش از 150 حسگر دما را در اطراف شیکاگو مستقر کردند.
این حسگرها در بالا و پایین سطح زمین، در زیرزمین ساختمان ها، تونل های مترو، پارکینگ های زیرزمینی و خیابان ها قرار می گرفتند.
داده های شبکه سنجش نشان داد که دمای زیرزمینی در شهر اغلب 10 درجه گرمتر از دمای زیر زمین منطقه Grant Park است. این منطقه فضای سبز دور از ساختارهای شهری که برای مقایسه استفاده می شود.
این تیم دریافت که دمای هوا در سازه‌های زیرزمینی می‌تواند تا 25 درجه بالاتر از دمای آغازین زمین باشد و فشار قابل‌توجهی بر موادی وارد میکند که با تغییرات دما منبسط و منقبض می‌شوند.
روتا لوریا با استفاده از داده‌های دمایی جمع‌آوری‌شده در طول سه سال، یک مدل کامپیوتری سه‌بعدی برای شبیه‌سازی تکامل دمای زمین از سال 1951 تا کنون ایجاد کرد. این مدل همچنین تغییرات دما را تا سال 2051 پیش بینی می کند.
انبساط و نشست زمین
شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که چگونه تغییر شکل زمین به دلیل افزایش دما، برخی مواد با انقباض و برخی دیگر با انبساط، رخ می‌دهد.
دماهای بیشتر می توانند باعث متورم شدن زمین به سمت بالا تا 12 میلی متر یا فرو رفتن تا 8 میلی متر به سمت پایین شوند که این امر برای اجزای ساختمان و سیستم های فونداسیون چالش هایی ایجاد می کند.
لوریا تاکید میکند که تغییر شکل‌های شدید زمین ناشی از تغییرات دمایی زیرزمینی می‌تواند بر عملکرد زیرساخت‌های عمرانی تأثیر بگذارد، حتی اگر تأثیر آن بلافاصله قابل توجه نباشد.
با گذشت زمان، این تغییر شکل ها می تواند منجر به ترک و نشست بیش از حد پی شود.
این مطالعه نشان می‌دهد که ساختمان‌هایی که قبل از ظهور تغییرات دمایی زیرزمینی طراحی شده‌اند، نسبت به سازه‌های مدرن‌تر، برای کنترل تغییرات دمایی کمتر تجهیز شده اند.
برای مثال، ساختمان‌های جدیدتر در ایالات متحده ممکن است وضعیت بهتری داشته باشند. شهرهای اروپایی با ساختمان‌های قدیمی‌تر از سنگ و آجر در برابر جزایر گرمایی زیرزمینی آسیب‌پذیرتر هستند، زیرا به شیوه‌های طراحی و ساخت و ساز گذشته ساخته شده اند که نسبت به تغییرات دمایی حساس هستند.
تیم تحقیقاتی برای پرداختن به این موضوع، پیشنهاد میکند که استراتژی‌های برنامه‌ریزی آینده از فناوری‌های زمین گرمایی برای مهار گرمای اتلاف و استفاده از این انرژی برای گرمایش ساختمان استفاده کنند.
علاوه بر این، عایق حرارتی را می توان بر روی سازه های جدید و موجود نصب کرد تا میزان گرمای ورودی به زمین را به حداقل برساند.
او در پایان گفت: آنچه ما نمی‌خواهیم این است که از فناوری‌ها برای خنک کردن فعال سازه‌های زیرزمینی استفاده کنیم، زیرا این کار انرژی زیادی مصرف میکند.
