Подземное потепление меняет фундаменты Чикаго. Подвалы и железнодорожные тоннели постоянно передают свое тепло, вызывая проседание земли и нагружая фундаменты зданий. Ученые называют это явление "подземным климатическим изменением".
Под городскими небоскребами Чикаго, величественными зданиями в стиле арт-деко, многоуровневыми дорожными магистралями и оживленными метро и железнодорожными линиями, земля проваливается, и не только по тем причинам, которые вы могли бы ожидать.
С середины 20-го века земля между поверхностью города и скалой прогрелась в среднем на 5.6 °F, согласно новому исследованию Нортвестернского университета. Вся эта теплота, по большей части исходящая из подвалов и других подземных сооружений, привела к тому, что слои песка, глины и скальных пород под некоторыми зданиями просели или поднялись на несколько миллиметров за десятилетия. Этого достаточно для появления трещин и дефектов в стенах и фундаментах.
"Вокруг вас есть источники тепла", – сказал автор исследования Алессандро Ф. Ротта Лория, идя с рюкзаком по станции Миллениум, терминалу пригородных поездов под Лупом города. "Это вещи, которые люди не видят, поэтому кажется, что их нет".
Это не только Чикаго. В больших городах по всему миру сгорание фоссильного топлива повышает температуру на поверхности. Но тепло также выходит из подвалов, парковочных гаражей, железнодорожных тоннелей, труб, канализационных систем и электрических кабелей и проникает в окружающую землю, явление, которое ученые называют "подземным климатическим изменением".
Повышение подземных температур приводит к увеличению температуры в метро, что может вызвать перегрев путей и паровые условия для пассажиров. И, со временем, оно вызывает маленькие сдвиги в грунте под зданиями, что может вызвать напряжение в конструкциях, эффекты которого незаметны в течение долгого времени, пока вдруг не становятся очевидными.
"Сегодня вы не видите эту проблему", – сказала Асаль Бидармагхз, старший лектор по геотехническому строительству Университета Нового Южного Уэльса в Австралии. "Но через 100 лет возникнет проблема. И если мы просто сидим следующие 100 лет и ждем решения проблемы, то это будет огромной проблемой".
Доктор Бидармагхз изучала подземное тепло в Лондоне, но не участвовала в исследовании в Чикаго. Чтобы оценить подземное климатическое изменение в Чикаго, доктор Ротта Лория, ассистент профессора гражданского и экологического инжиниринга в Нортвестернском университете, установил более 150 датчиков температуры над и под поверхностью Лупа. Он объединил данные трех лет, полученные от этих датчиков, с подробной компьютерной моделью подземных помещений, туннелей и других структур в этом районе, чтобы смоделировать, как изменялась температура на разных глубинах земли с 1951 года и до сих пор, и как она будет прогреваться сейчас до 2051 года.
Под воздействием некоторых источников тепла, земля под ногами чикагцев прогрелась на 27 °F за последние семь десятилетий. Это вызвало расширение или сжатие земельных слоев на полдюйма под некоторыми зданиями.
Исследования показали, что нагрев и деформация грунта сейчас происходят медленнее, чем в 20-м веке, просто потому, что земля приближается к тому, чтобы стать такой же теплой, как подземные помещения и туннели, закопанные в ней. Все больше и больше эти структуры будут сохранять тепло, а не рассеивать его в окружающий грунт.
Исследование доктора Ротта Лории было опубликовано в журнале "Communications Engineering". Самым эффективным способом решения проблемы для владельцев зданий и операторов туннелей, по его словам, было бы улучшение теплоизоляции, чтобы меньше тепла утекало в землю. Они также могли бы использовать это тепло. Доктор Ротта Лория является главным техническим директором компании Enerdrape, швейцарской стартап-компании, которая производит панели, поглощающие окружающее тепло в туннелях и парковочных гаражах и использующие его для работы электрических тепловых насосов, снижая расходы на коммунальные услуги. Компания установила 200 таких панелей в парковочном гараже супермаркета около Лозанны в качестве пилотного проекта.
Доктор Ротта Лория специально не включил один фактор в свои оценки подземного прогрева в Чикаго: изменение климата на поверхности города. Жаркая погода нагревает верхние слои почвы. Но расчеты доктора Ротта Лории предполагают, что температура воздуха в Чикаго останется на уровне средних показателей в ближайшее время до 2051 года, то есть его оценки не учитывают прогнозы климатологов относительно будущего глобального потепления. Они также не учитывают тот факт, что, по мере продолжения нагрева планеты, крупные здания, скорее всего, будут использовать больше кондиционирования воздуха и дополнительно выводить отходы тепла в землю.
Причина этих исключений, по словам доктора Ротта Лории, заключается в том, что он пытается найти консервативную нижнюю границу подземного прогрева, а не худший сценарий. "Уже сейчас видно, что есть проблема", – сказал он. Недавно доктор Ротта Лория и Анджали Тхота, аспирантка Нортвестернского университета по гражданскому инжинирингу, провели экскурсию для журналиста и фотографа по своей сети датчиков температуры, которые образуют невидимый город под городом.
Доктор Ротта Лория сказал, что Управление городского транспорта Чикаго не разрешило устанавливать датчики в метрополитене из-за опасений, что люди могли бы принять их за взрыватели бомб. Но ему и его команде удалось установить датчики во множество других известных и менее известных местах: на перронах пригородных железнодорожных станций и на входах обслуживания за высокими зданиями, в лиственном Миллениум-парке и внизу Уокер Драйв, огромной бетонной яме, известной благодаря автогонкам в фильмах "Братья Блюз" и "Темный рыцарь".
Сами датчики непримечательны: белый пластиковый ящик с кнопкой и двумя индикаторами. Они обходятся доктору Ротта Лории в 55 долларов каждый. Собираемая ими информация о температуре - одно показание каждую минуту или одно каждые 10 минут, в зависимости от местоположения - загружается на телефон через Bluetooth, что означает, что доктору Ротта Лории и его студентам приходится периодически посещать их лично, чтобы собирать данные, около 20 000 записей в день в общей сложности.
Многие датчики были украдены или исчезли со временем, оставив в работе 100. В паркинге Millennium Garages, подземном паркинге, один из них прикреплен к трубе за столбом при помощи хомута.
"Вот и все, да?" – сказал Адмир Сефо, исполнительный директор паркинга, глядя на гаджет. "И их никто не нашел?"
"Даже нам трудно их найти", – сказала г-жа Тхота. У нее сохранены их местоположения на Google Maps, но под землей часто нет сотовой связи, что заставляет ее искать вокруг.
Другой датчик, в отеле Blackstone, находится в подвальной комнате, заполненной стульями и мешками с солью от снега.
Один из датчиков в котельной Клуба Юнион-Лига Чикаго зафиксировал температуры до 96 °F. Датчик в паркинге Grant Park South зафиксировал 97 °F в сентябре 2021 года.
За стенами каждого из этих мест тепло тихо делает то, что тепло обычно делает: распространяется.
