Viitorul fragil al drumurilor si cladirilor construite pe permafrost

Viitorul fragil al drumurilor si cladirilor construite pe permafrost

Pe masura ce permafrostul se dezgheta in intreaga lume, structurile de otel, beton si asfalt care stau deasupra se deformeaza si se sfarama. Exista ceva ce pot face inginerii pentru a se adapta?

H

Deasupra muntilor Chinei, un drum singuratic se intoarce spre Tibet. Functionand pe mai mult de o mie de kilometri, Autostrada Qinghai-Tibet a transportat uneori 85% din toate marfurile in si din afara regiunii. Dar a fost construit pe nisipuri mutante. Sau, mai degraba, topirea terenului.

Permafrostul de sub autostrada se dezgheta, provocand caderea terenului. La randul sau, aceasta flexeaza si distorsioneaza drumul in sine. Unele portiuni ale autostrazii sunt acum afectate de fisuri mari pe asfalt. In alte locuri, suprafata drumului a devenit ondulata si neregulata, deformandu-se pe masura ce solul de mai jos se prabuseste.

Cercetatorii din China, care au studiat aceste modificari de-a lungul timpului, observa ca rata topirii permafrostului creste, la fel si rata daunelor acumulate pe aceasta autostrada si pe altele. O lucrare publicata in aprilie 2020 afirma ca cei responsabili de construirea si intretinerea drumurilor din zonele de permafrost din aceasta parte a lumii se confrunta cu „provocari ingineresti semnificative”, deoarece dezghetul se agraveaza in urmatorii 100 de ani. Inginerii feroviari se vor confrunta cu probleme similare.

Autostrada Qinghai-Tibet se confrunta cu provocari pe termen lung cu cedare (Credit: Getty Images)

In aceasta regiune – si in alte clime reci – permafrostul care s-a mentinut timp de mii de ani se scurge acum in pamantul care se incalzeste. Cladirile, drumurile, caile ferate si conductele construite in aceste zone sunt din ce in ce mai expuse riscului de deteriorare.

Topirea permafrostului reprezinta un pericol pentru intreaga lume, deoarece stocheaza volume imense de carbon care ar putea fi eliberate in atmosfera.

Array

Dar, pe termen scurt, oamenii care traiesc in aceste regiuni sunt cei care simt mai intai impactul, deoarece incalzirea are loc mai repede in zonele arctice si montane, de exemplu.

Timp de multe secole, indigenii care traiesc in regiuni reci s-au putut adapta la clima. Dar cand societatile industrializate s-au raspandit in aceste locuri indepartate, au cautat sa stapaneasca pustia arctica cu beton si otel. Din pacate, industrializarea a accelerat si schimbarile climatice, aducand ierni mai calde in aceste regiuni.

Lista structurilor si cladirilor cunoscute a fi deteriorate de permafrost este lunga si variata. Acesta include zidurile blocurilor de apartamente din orasul rus Yakutsk, care acum se despart. Conductele din Rusia si din alte tari risca sa se rupa datorita schimbarii terenului, ceea ce poate duce la scurgeri de petrol dezastruoase. Sau luati biserica Fecioara Maicii Domnului din Inuvik, in Teritoriile de Nord-Vest ale Canadei, unde clerul a urmarit cladirea sa se deformeze de-a lungul anilor, pe masura ce pamantul cedeaza mai jos.

Inginerii trebuie acum sa ia in calcul fluctuatiile periculoase ale solului candva solid. In timp ce fac acest lucru, ei vin cu modalitati inovatoare de racire a Pamantului sub picioarele lor, pentru a incerca sa salveze structurile umane de marele dezghet destabilizator.

Ati putea dori, de asemenea:

  • Se apropie marele dezghet al nordului Americii
  • Otravurile eliberate prin topirea ghetii arctice
  • Modul in care sfarsitul Uniunii Sovietice a declansat o mare reimbrinare

Guy Dore a vazut efectele locale pentru el insusi. Crapaturile lungi din asfaltul unui drum se pot raspandi atat de larg incat poti cobori piciorul in gol. Dore, de la Universitatea Laval din Canada, a studiat de ani de zile efectele decongelarii permafrostului asupra infrastructurii construite. “Problemele sunt uriase”, spune el, adaugand ca aproximativ jumatate din 3-4.000 km (1800-2500 mile) de drum construit in zonele de permafrost din Canada sunt expuse riscului de a deveni instabile din cauza decongelarii: “Vorbim despre milioane de dolari in costuri suplimentare de intretinere in zonele in care nu aveti prea multe resurse pentru a face acest lucru.

Asezarea la sol din cauza topirii permafrostului este un proces lent, treptat. Daca o intindere de asfalt se fisureaza, nu poti sa o refaci si sa o lasi. Pe masura ce solul continua sa se deformeze, daunele vor aparea din nou, poate imediat dupa un an.

Cand oamenii au construit drumuri in aceste zone izolate, in primul rand, au presupus ca dezghetarea in pamant ar putea ameninta stabilitatea drumurilor, spune Dore. Ca atare, inginerii de la mijlocul secolului al XX-lea raspandesc in general pietris pe un teren bogat in gheata inainte de a-si construi drumul deasupra. Acest pietris a avut ca efect izolarea solului de dedesubt, determinand stratul de permafrost sa creasca la un nivel superior, stabilizand terenul. Dar, in unele locuri, acest tampon nu mai este eficient deoarece o mare parte din gheata s-a dezghetat.

„Suntem in punctul in care degradarea are loc in vechiul permafrost, permafrost care nu s-a topit niciodata”, spune Dore.

Sediment prabusit adiacent autostrazii Alaska din Yukon (Credit: Eva Stephani)

Schimbarile climatice pot fi un factor major in spatele acestor schimbari, dar nu este singurul. Asfaltul intunecat folosit pe multe drumuri absorb absorbtia de caldura de la Soare si o distribuie la pamant, ceea ce accelereaza si mai mult decongelarea.

Daunele tind sa apara intr-un mod localizat. De exemplu, aproximativ 20% din autostrada Qinghai-Tibet a acumulat daune din cauza asezarii la sol pana in prezent, in timp ce restul ramane relativ stabil, deocamdata.

Cladirile, in ciuda amprentei lor mult mai mici, sunt si ele expuse riscului. Potrivit New York Times, dezghetarea permafrostului a dus la scufundari si daune in aproximativ 1.000 de cladiri din orasul rus Yakutsk. Cu o populatie de 280.000 de oameni, este cel mai mare oras din lume construit intr-o zona de permafrost.

O poveste similara a aparut in Svalbard, arhipelagul norvegian dintre Norvegia si Polul Nord. Sute de case au fost demolate in ultimii ani, deoarece au fost construite pe fundatii de lemn care au devenit acum instabile pe terenul flexibil. Din pacate, astfel de dureri de cap par sa se agraveze in timp.

In 2020, cercetatorii locali au inregistrat cea mai calda vara din Svalbard de cand au inceput inregistrarile. „Am vazut topirea fara precedent in ghetari si dezghetarea permafrostului”, spune cercetatorul polar Kim Holmen de la Institutul Polar Norvegian.

Este posibil sa incetiniti impactul asupra cladirilor utilizand fundatii mai solide sau imbunatatind ventilatia sub structura. De exemplu, in unele orase rusesti, se crede ca o treime sau jumatate din cladiri au acumulat daune datorate pierderii de permafrost – dar unele dintre aceste daune ar fi putut fi evitate cu o mai buna intretinere de-a lungul anilor. O estimare, publicata in 2018, sugereaza ca o treime din infrastructura construita a Arcticii este expusa riscului de daune permafrost in urmatorii ani.

Biserica Fecioara Maicii Domnului din Inuvik are un design inteligent, dar terenul de topire provoaca probleme (Credit: Alamy)

In nordul Canadei, exista o cladire care dezvaluie cat de dificil poate fi sa atenuezi aceste presiuni. Biserica Maicii Domnului a Victoriei din micul oras Inuvik a fost construita in forma de iglu in urma cu 50 de ani. Misionarul care a supravegheat constructia sa a explicat ulterior ca forma cilindrica a bisericii a fost destinata sa ajute la redistribuirea stresurilor de la sol, pe masura ce a inghetat si s-a dezghetat in timp. Biserica sta, de asemenea, deasupra unei dale puternice de beton in forma de farfurie uriasa, cu un strat de pietris dedesubt. Acest lucru a protejat cladirea de inghet care deformeaza pamantul in trecut, dar odata cu pierderea crescuta de permafrost, biserica a inceput acum sa se incline – ca o barca cu fund de beton care se arunca incet pe o mare de sol in miscare.

Jon Hansen, episcop catolic pentru eparhia Mackenzie-Fort Smith, cunoaste bine biserica. El a fost candva pastor al acesteia si acum biserica face parte din eparhia sa. El spune ca farfuria fundamentala a inceput sa crape, podeaua acum inclina inegal si in unele locuri s-a ridicat pentru a bloca usile. A devenit atat de rau incat personalul trebuie sa regleze usile interioare in fiecare an, pentru a le impiedica sa se lipeasca de rame.

„Biserica este inca utilizabila, dar viitorul ei este incert”, spune Hansen.

El adauga ca crede ca temperaturile incalzite au cauzat dezghetarea permafrostului, dar problemele bisericii au fost probabil agravate de constructia sporita in apropiere. Mai multe cladiri inseamna ca solul este mai putin capabil sa se raceasca.

O crapatura in crestere in fundatiile de sub biserica Maica Domnului a Victoriei (Credit: Joe Lavoie)

Intr-o lupta impotriva schimbarilor climatice, personalul de la biserica a explorat modalitati de ajustare a structurii pentru a o face mai rezistenta la cedare, cum ar fi inlocuirea stalpilor din lemn care sustin cladirea cu cele reglabile din otel. De asemenea, au inceput sa ventileze spatiul de acces sub podeaua cladirii, deasupra fundatiei din beton, pentru a mentine pamantul jos cat mai rece posibil. Cercetatorii locali monitorizeaza aceste interventii pentru a vedea daca se dovedesc eficiente.

Proiectul bisericii, spune Hansen, este o dovada a ingeniozitatii primilor pionieri arctici, dar si un avertisment cu privire la cat de mult se schimba climatul global. Tehnologia pentru inghetarea solului si stabilizarea bisericii ar putea fi instalata in teorie, dar asta, spune Hansen, ar depasi cu mult bugetul bisericii.

In alta parte a Arcticii, companiile cu buzunare adanci se orienteaza catre tehnologie pentru a mentine solul inghetat si stabil. Unele companii petroliere, de exemplu, instaleaza tuburi numite termosifoane, care permit caldura sa iasa din pamant si sa o pastreze rece, astfel incat solul care sustine conductele lor sa nu se deplaseze suficient pentru a le pune in pericol integritatea.

O crapatura in Canada, observata de cercetatorul Guy Dore (Credit: Guy Dore)

Printre firmele care utilizeaza aceasta abordare se numara ConocoPhillips. Potrivit companiei, dispozitivele contin un fluid care circula pasiv, aducand caldura de la sol la suprafata unde apoi se disipeaza. Sistemul de conducte Trans-Alaska de 1.300 km (800 mile) foloseste mai mult de 124.000 dintre aceste dispozitive.

Dore si colegii sai au petrecut ani de zile investigand eficacitatea diferitelor alte tehnici menite sa mentina solul racoros in fata cresterii temperaturilor globale. O abordare simpla este de a construi terasamente de drumuri folosind pietre mari, care au goluri considerabile intre ele. Lacunele actioneaza ca pori, permitand caldura sa iasa la suprafata.

Experimentele de-a lungul autostrazii Alaska intre 2008 si 2011 au dezvaluit modul in care acest lucru ar putea mentine inghetul permafrost pe tot parcursul anului. Alte masuri, cum ar fi utilizarea materialelor rutiere de culoare deschisa si protejarea terasamentului drumului sub o magazie de lemn, pot atenua, de asemenea, efectele incalzirii.

O abordare simpla implica construirea cu pietre mari care au decalaje intre (Credit: Brian Mercier)

La scara, oricare dintre aceste tehnici necesita bani si eforturi semnificative, ceea ce inseamna ca nu sunt intotdeauna optiuni viabile pentru constructorii de drumuri. Pe Platoul Tibetan au fost adoptate diverse metode inovatoare. De-a lungul autostrazii Gonghe-Yushu care se invarte peste permafrost spre estul autostrazii Qinghai-Tibet, straturile de roci poroase si canalele de ventilatie permit aerului sa aduca caldura de sub drum la suprafata, racind pamantul.

„Pe baza mai multor ani de monitorizare a performantei, aceste metode de atenuare par sa fi fost eficiente”, au scris cercetatorii in studiul din 2020.

Dore spune ca uneori ii aude pe oameni spunand ca daunele cauzate de degradarea permafrostului nu vor fi o problema mult timp, deoarece in curand permafrostul din aceste zone se va topi, lasand pamantul sa se aseze definitiv. Dar permafrostul se topeste incredibil de incet. „Nu vom vedea ca permafrostul dispare in urmatorii 30 de ani”, spune el. De fapt, problemele de inginerie asociate cu aceasta vor continua probabil in urmatorii 100 de ani. Si, avand in vedere consecintele care ar fi asociate cu schimbarile climatice accelerate si pierderea totala de permafrost, este o zi pe care nimeni nu ar trebui sa o doreasca.

Atata timp cat lumea se incalzeste in continuare, gheata ingropata in pamant va continua sa se topeasca: deteriorand cladirile, drumurile si caile ferate. Se intampla deja de ani de zile – si s-ar putea agrava mult pe masura ce dezghetul lent continua, cu exceptia cazului in care gasim un mod de a-l opri sau inversa.

Alaturati-va unui milion de fani Viitor placandu-ne pe  Facebook sau urmati-ne pe  Twitter  sau  Instagram .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Lista esentiala”. O selectie selectata de povesti de la  BBC FutureCultureWorklife si  Travel , livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.