На Мальдивах команда Массачусетского технологического института проводит эксперименты по борьбе с повышением уровня моря путем перенаправления естественного движения песка.
Многие островные государства, включая Мальдивы в Индийском океане, сталкиваются с реальной угрозой в результате повышения уровня моря, вызванного глобальным изменением климата. Группа исследователей Массачусетского технологического института во главе с Скайларом Тиббитсом, доцентом кафедры архитектурных исследований в области дизайна, изучает способы использования собственных сил природы для поддержания и восстановления находящихся под угрозой островов и береговых линий.
Около 40 процентов населения мира живет в прибрежных районах, которым угрожает повышение уровня моря в ближайшие десятилетия, однако мало что доказано для противодействия угрозе. Некоторые предлагают строить барьерные стены, углублять береговые линии для восстановления пляжей или строить плавучие города, чтобы избежать неизбежного, но поиск лучших подходов продолжается.
Группа MIT была приглашена Invena, группой на Мальдивах, которая видела работу исследователей по самоорганизации и самоорганизации и хотела сотрудничать в поиске решений для решения проблемы повышения уровня моря. Получившийся в результате проект теперь показал многообещающие первоначальные результаты: всего за четыре месяца было отложено полтора фута локального скопления песка. MIT News попросили Tibbits описать новый подход и его потенциал.
Вопрос: Люди веками пытались модифицировать и контролировать движение песка. Что послужило вдохновением для этого нового и отличного подхода к восстановлению пляжей и береговой линии?
A: Когда мы впервые посетили Мальдивы, нас отвезли в местный песчаный бар, который только что образовался. Было невероятно видеть размер песчаной глыбы длиной около 100 метров и шириной 20 метров и количество песка глубиной более 1 метра, которое было построено полностью само по себе всего за несколько месяцев. Мы поняли, что эти песчаные отмели появляются и исчезают в разное время года в зависимости от сил океана и подводной батиметрии. Местные историки рассказали нам о том, как они будут сотрудничать с океаном, выращивая растительность, чтобы расширить свои острова или изменить их форму. Эти естественные и совместные подходы к выращиванию земной массы посредством самоорганизации песка резко контрастируют с выемкой песка человеком из глубокого океана, который также используется для освоения островов. В то же количество времени, которое требуется, чтобы драгировать остров,
Мы начали понимать, что количество энергии, времени, денег, труда и разрушения морской среды, вызванное выемкой грунта, может быть остановлено, если мы сможем понять, почему песчаные отмели образуются естественным образом, и использовать это естественное явление самоорганизации. Целью наших лабораторных и полевых экспериментов является проверка гипотез о том, почему песчаные отмели образуются, и преобразование их в механизмы, способствующие их накоплению в стратегических местах.
Сотрудничая с природными силами океана, мы верим, что сможем способствовать самоорганизации песчаных структур для выращивания островов и восстановления пляжей. Мы считаем, что это устойчивый подход к проблеме, который в конечном итоге может быть распространен на многие прибрежные районы мира, так же как управление лесами используется для укрепления и защиты лесов от неконтролируемых пожаров или чрезмерного роста.
Вопрос: Можете ли вы описать, как работает эта система, и как она использует энергию волн для накопления песка в местах, где это необходимо?
A:Вместе с нашими сотрудниками на Мальдивах мы разрабатываем, испытываем, строим и внедряем погружные устройства, которые, основываясь просто на их геометрии в зависимости от океанских волн и течений, способствуют накоплению песка в определенных областях. В нашем первом полевом эксперименте мы изготовили баллоны из прочного полотна, сшитые в точную геометрию аппарели. В нашем втором полевом эксперименте мы взяли лучшие образцы из сотен лабораторных экспериментов и изготовили их из геотекстильной мембраны. В обоих экспериментах мы наполнили пузыри песком, чтобы утяжелить их, а затем погрузили их под воду. Для нашего следующего полевого эксперимента мы строим баллоны с внутренними камерами, которые действуют как балласт на подводной лодке, позволяя мочевому пузырю опускаться или плавать и быстро перемещаться или развертываться.
Самый простой механизм, который мы тестируем, - это пандусоподобная геометрия, которая находится на дне океана и вертикально поднимается к поверхности воды. Насколько мы понимаем, мы видим, что, когда вода течет по верхней части ската, она создает турбулентность на другой стороне, смешивая песок и воду, а затем создавая перенос отложений. Песок начинает скапливаться на тыльной стороне рампы, непрерывно накапливаясь сверху. Мы протестировали многие другие геометрии, которые пытаются минимизировать эффект обтекания или сосредоточить накопление в определенных областях, и мы продолжаем искать оптимальные геометрии. Во многих отношениях они ведут себя как естественные изменения глубины, рифовые структуры или вулканические образования и могут аналогичным образом способствовать накоплению песка.
С 2018 года мы проводим эксперименты в нашей лаборатории в Массачусетском технологическом институте в сотрудничестве с Тейлором Перроном в Отделении наук о Земле, Атмосфере и Планете. Мы построили два волновых резервуара, где мы тестируем различные волновые условия, поведение песка и геометрию, чтобы способствовать накоплению. Цель состоит в том, чтобы согласовать наши лабораторные эксперименты и модели с реальными условиями, характерными для двух преобладающих сезонов на Мальдивах. На данный момент мы провели сотни экспериментов с резервуарами и используем эти исследования для интуиции и понимания того, какие механизмы приводят к наибольшему накоплению песка. Лучшие из этих лабораторных экспериментов затем переводятся в полевые эксперименты два раза в год.
В: Как вы смогли обнаружить и оценить результаты своего эксперимента, и каковы ваши планы по продолжению и расширению этого проекта?
Ответ: Мы собирали спутниковые снимки, видеосигналы беспилотников и физические измерения с момента установки нашего первого полевого эксперимента в феврале 2019 года и нашего второго полевого эксперимента в октябре / ноябре 2019 года. Спутниковые снимки и видеоматериалы дронов дают нам визуальную индикацию накопления песка; однако трудно определить количество песка на этих изображениях. Поэтому мы в значительной степени полагаемся на измерения глубины. У нас есть ряд координат, которые мы отправляем нашим сотрудникам на Мальдивах, которые затем доставляют лодку или водный мотоцикл к этим координатам и проводят измерения глубины. Затем мы сравниваем эти измерения с нашими предыдущими измерениями, учитывая день / время и отношение к высоте прилива.
С нашим последним полевым экспериментом мы собирали изображения и физические измерения для анализа накопления песка. Сейчас мы видим примерно полметра (около 20 дюймов) нового скопления песка на площади примерно 20 на 30 метров с ноября. Это примерно 300 кубометров песка, примерно за четыре месяца. Мы рассматриваем это как обнадеживающие ранние результаты, которые являются частью гораздо более долгосрочной инициативы, в рамках которой мы намерены продолжать тестировать эти подходы на Мальдивах и в других местах по всему миру.
Недавно мы получили грант National Geographic Exploration и планируем вернуться на Мальдивы для еще двух полевых установок в конце этого года и в 2021 году. Наша долгосрочная цель - создать систему погружных структур, способных адаптироваться к динамическим погодным условиям. условия для естественного роста и восстановления береговой линии. Мы стремимся масштабировать этот подход и адаптировать его ко многим местам по всему миру, чтобы помочь восстановить и стабилизировать густонаселенные береговые линии и уязвимые островные государства.