تغير المناخ تحت الأرض.. الخطر الصامت يدمر مبانينا من الأسفل.. مشكلة بيئية وصحية تهدد سكان المدن

تواجه مدننا خطرًا خفيًا – خطر لم يلاحظه أحد ولم يُدرس حتى الآن، يسمى تغير المناخ تحت الأرض، تتسبب هذه الظاهرة حرفيًا في تحول وتشوه الأرض الموجودة أسفل مناطقنا الحضرية، مما يؤدي إلى أضرار كبيرة في بنيتنا التحتية.

كشفت دراسة مقلقة عن وجود هذا الخطر الكامن والصامت، مع ارتفاع حرارة الأرض تحت مدننا، فإنها تتحول وتتحول.

حيث تمتص الشوارع والأرصفة وأسطح المدن الحرارة أثناء النهار، مما يجعل بعض المناطق الحضرية تصل إلى ست درجات فهرنهايت أكثر سخونة من المناطق الريفية أثناء النهار – و22 درجة فهرنهايت في الليل.

يمكن أن تتطور “جزر الحرارة الحضرية ” هذه أيضًا تحت الأرض مع انتشار حرارة المدينة لأسفل، تحت السطح.

كما تقوم الطوابق السفلية وأنفاق المترو والبنية التحتية الجوفية الأخرى بنزف الحرارة باستمرار إلى الأرض المحيطة، مما يؤدي إلى إنشاء نقاط ساخنة، الآن بعد أن أصبحت الحرارة تحت الأرض تتراكم مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب.

حركات غير متوقعة وتصدع

وهذا يؤدي إلى حركات غير متوقعة ومفرطة في أساسات البناء والأرض المحيطة، يمكن أن يؤدي حتى إلى تصدع.

إن الآثار المترتبة على ذلك عميقة، حيث تؤثر على الأداء التشغيلي طويل المدى ومتانة هياكلنا، أصبح من الواضح بشكل متزايد أن أضرار المباني السابقة ربما تكون ناجمة عن ارتفاع درجات الحرارة.

من المقلق أن هذه ليست مشكلة ستنتهي، من المتوقع أن تستمر هذه القضايا وربما تتفاقم في السنوات القادمة.
لكن الدراسة التي قدمتها جامعة نورث وسترن، تقترح أنه يمكن أن يكون هناك جانب مضيء، في حين أن هذه التغيرات في درجات الحرارة تحت الأرض تشكل تهديدًا للبنية التحتية الحضرية، فإنها تمثل أيضًا فرصة محتملة.

يمكن تسخير الحرارة المهدرة من تحت مستوى سطح الأرض، المنبعثة من أنظمة النقل، ومرائب وقوف السيارات، ومرافق الطابق السفلي، يمكن أن يساعد ذلك في التخفيف من آثار تغير المناخ تحت الأرض وفي نفس الوقت توفير مورد غير مستغل من الطاقة الحرارية.

البحث الأول من نوعه لتحديد التشوهات الأرضية

تم نشر هذه الدراسة في 11 يوليو في مجلة Nature Portfolio Communications Engineering ، هذا هو البحث الأول من نوعه لتحديد التشوهات الأرضية التي تسببها جزر الحرارة الجوفية وتأثيرها على البنية التحتية المدنية، وثقود الدراسة أليساندرو روتا لوريا، أستاذ مساعد للهندسة المدنية والبيئية في كلية ماكورميك للهندسة بجامعة نورث وسترن .

ما هو تغير المناخ تحت الأرض؟

يشرح لوريا أهمية هذا الاكتشاف قائلاً: “إن تغير المناخ تحت الأرض خطر صامت، تتشوه الأرض نتيجة للتغيرات في درجات الحرارة، ولم يتم تصميم أي بنية مدنية أو بنية تحتية لتحمل هذه الاختلافات ، مشيرا إلى أن العديد من المدن، بما في ذلك شيكاغو، تواجه تهديدًا غير مرئي بسبب هذه الظاهرة.

يقول لوريا: “نتيجة لارتفاع درجات الحرارة تحت الأرض، تخضع العديد من المؤسسات في وسط المدينة لتسوية غير مرغوب فيها، ببطء ولكن بشكل مستمر”، “بعبارة أخرى، لست بحاجة للعيش في البندقية لتعيش في مدينة تغرق- حتى لو كانت أسباب هذه الظواهر مختلفة تمامًا.”

مشكلة المناطق الحضرية في جميع أنحاء العالم

تواجه المناطق الحضرية في جميع أنحاء العالم مشكلة التدفئة، تنتشر الحرارة من المباني ووسائل النقل تحت الأرض، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض بمعدل سريع بشكل متزايد.

وجد باحثون سابقون أن الطبقة تحت السطحية الضحلة تحت المدن ترتفع درجة حرارتها من 0.1 إلى 2.5 درجة مئوية لكل عقد.
هذه الظاهرة، المعروفة باسم “تغير المناخ تحت الأرض” أو “جزر الحرارة الجوفية”، ليست فقط مشكلة بيئية، ولكنها أيضًا مصدر قلق صحي، ومع ذلك، فإن تأثير هذه التدفئة تحت الأرض على البنية التحتية المدنية لدينا، حتى الآن، تم تجاهله إلى حد كبير.

استخدام شيكاغو للدراسة

على مدى السنوات القليلة الماضية، كان روتا لوريا وفريقه يجمعون بيانات درجة الحرارة باستخدام شبكة لاسلكية تضم أكثر من 150 مستشعرًا لدرجة الحرارة عبر حلقة شيكاغو، قارنوا هذه النتائج بدرجات الحرارة تحت حديقة Grant Park ، وهي مساحة خضراء تقع بعيدًا عن المباني وأنظمة النقل.

كانت النتائج مذهلة، حيث كانت درجات الحرارة أسفل الحلقة غالبًا أكثر دفئًا بمقدار 10 درجات، يشكل انتشار الحرارة هذا ضغطًا هائلاً على المواد، مما يؤدي إلى تمددها وتقلصها مع درجات الحرارة المتغيرة.

بناءً على بياناتهم، قام الباحثون ببناء نموذج حاسوبي ثلاثي الأبعاد لمحاكاة كيفية تطور درجات حرارة الأرض منذ عام 1951، وكانت النتائج متوافقة مع القياسات الميدانية.

كما تم استخدام المحاكاة للتنبؤ بكيفية تغير درجات الحرارة بحلول عام 2051. كما تم نمذجة التشوهات الأرضية استجابة لارتفاع درجات الحرارة، أظهرت النتائج أنه في حين تنكمش بعض المواد عند تسخينها، يتمدد البعض الآخر.

مبانينا تغرق ببطء

كشفت المحاكاة أن درجات الحرارة الأكثر دفئًا يمكن أن تتسبب في تضخم الأرض لأعلى بمقدار يصل إلى 12 ملم أو تغرق لأسفل بمقدار 8 ملم.

حذر روتا لوريا من الآثار المترتبة على هذه التغييرات: “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”.

كما اقترح استراتيجيات محتملة لمكافحة هذه القضية، وقال روتا لوريا: “الطريقة الأكثر فعالية وعقلانية هي عزل الهياكل الموجودة تحت الأرض بطريقة تجعل كمية الحرارة المهدرة ضئيلة للغاية”، وأضاف “إذا تعذر القيام بذلك، فإن تقنيات الطاقة الحرارية الأرضية توفر الفرصة لامتصاص الحرارة وإعادة استخدامها بكفاءة في المباني.”

يسلط عمل الباحثين الضوء على قضية كانت حرفياً تحت الأرض، لكن التأثير على بنيتنا التحتية قد يكون عميقاً، نحن بحاجة إلى الاعتراف بهذا “الخطر الصامت” ومعالجته بينما نواصل بناء مدننا وتطويرها.

من خلال التخطيط الدقيق والاستراتيجيات المبتكرة، يمكن التخفيف من التهديدات التي يشكلها تغير المناخ تحت الأرض، مما قد يوفر فرصًا جديدة لكفاءة الطاقة.

جزر الحرارة الجوفية

يُعرف تغير المناخ تحت الأرض أيضًا باسم “جزر الحرارة الجوفية”، فهو مجال دراسة جديد نسبيًا يركز على تأثير الأنشطة البشرية على درجة حرارة الأرض تحت المناطق الحضرية، هذا المصطلح هو امتداد للظاهرة الأكثر شيوعًا لجزر الحرارة الحضرية، حيث تكون المناطق الحضرية أكثر دفئًا من المناطق الريفية المحيطة بها بسبب الأنشطة البشرية.

تمتص الأرض تحت المدن الحرارة وتحافظ عليها من مصادر مختلفة، بما في ذلك المباني وأنظمة النقل والعمليات الصناعية.
ويشمل أيضًا الحرارة المهدرة من الأقبية والمرافق الجوفية الأخرى، بمرور الوقت، يمكن أن يؤدي تراكم هذه الحرارة إلى زيادة درجات الحرارة تحت السطحية.

إليك ما نعرفه حتى الآن عن تغير المناخ تحت الأرض:

الأسباب

أدى التحضر والتصنيع إلى زيادة كمية الحرارة التي يتم إدخالها إلى البيئة تحت السطحية، تتولد الحرارة من الأنشطة البشرية مثل النقل والتصنيع والتدفئة وأنظمة التبريد وحتى المهام اليومية البسيطة مثل الطهي، أيضًا نتيجة للخصائص الحرارية لمواد البناء الشائعة التي يمكنها امتصاص الحرارة وتخزينها وإطلاقها تدريجيًا في الأرض.

التأثيرات على البيئة والبنية التحتية

مع ارتفاع درجة حرارة الأرض، فإنها تتمدد، مما يتسبب في حدوث تشوهات في الأرض، يمكن أن يؤدي هذا إلى عدم الاستقرار في أساسات البناء، مما يؤدي إلى تشققها أو تحركها، بمرور الوقت، يمكن أن تؤثر هذه التغييرات بشكل كبير على المتانة والأداء التشغيلي للمباني والبنية التحتية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للتدفئة أن تغير خصائص التربة والصخور، يمكن أن تؤثر هذه على موارد المياه الجوفية وتؤدي إلى قضايا بيئية أخرى.

الآثار الصحية والبيئية

يمكن أن تساهم جزر الحرارة الجوفية في التأثير الكلي لجزر الحرارة الحضرية، مما يؤدي إلى تفاقم موجات الحر في المدن التي يمكن أن يكون لها آثار صحية خطيرة، مثل ضربة الشمس ومشاكل الجهاز التنفسي.

يمكن أن تؤدي زيادة درجة الحرارة أيضًا إلى مشاكل بيئية، وتشمل هذه تغيير ظروف النظم البيئية الجوفية وربما تلويث مصادر المياه الجوفية .

إمكانية تسخير الطاقة

على الرغم من التهديدات، فإن تغير المناخ تحت الأرض يوفر أيضًا فرصة، يمكن التقاط الحرارة المتولدة واستخدامها كمصدر للطاقة الحرارية الأرضية، من خلال تسخير هذه الحرارة المهدرة، من الممكن تقليل تأثير تغير المناخ تحت الأرض مع توفير مصدر مستدام للطاقة.

حلول وطرق التخفيف

يمكن أن تشمل استراتيجيات التخفيف من تأثير تغير المناخ تحت الأرض تدابير التخطيط الحضري لتقليل توليد الحرارة، واستخدام المواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة في البناء الحضري، وتحسين عزل المباني، والتقاط واستخدام الحرارة المهدورة.

لا يزال البحث في تغير المناخ تحت الأرض جديدًا نسبيًا، ولا يزال يتم اكتشاف الكثير حول آثاره الكاملة واستراتيجيات التخفيف المحتملة.