По словам эксперта по вечной мерзлоте Университета Колорадо в Боулдере, инженеры, строящие новую железную дорогу через обширное высокогорное Тибетское нагорье, используют удивительно простую идею для укрепления подвижных мерзлых почв, пострадавших от потепления климата.
«Железная дорога Цинхай-Сизан является самым амбициозным строительным проектом в районе вечной мерзлоты со времен Трансаляскинского трубопровода», - сказал Тингджун Чжан, исследователь CU-Boulder и Национального центра данных по снегу и льду. Чжан тесно сотрудничает над проектом с учеными из Института экологических и инженерных исследований холодных и засушливых регионов в Ланьчжоу, Китай.
«Впервые инженеры используют щебень для изоляции и укрепления конструкции от вечной мерзлоты», - сказал он.
Чжан обсудит проект железной дороги и последствия повсеместного потепления и оттаивания мерзлых грунтов в северном полушарии на пресс-брифинге в Сан-Франциско 13 декабря в рамках ежегодного собрания Американского геофизического союза. Он возглавит группу экспертов по вечной мерзлоте и климату из университетов США, Канады и Великобритании.
«Если текущие наблюдения указывают на долгосрочные тенденции, мы можем ожидать серьезных изменений в условиях вечной мерзлоты в течение следующего столетия», - сказал Чжан. «Вечная мерзлота тает во многих регионах, и это оказывает значительное влияние на ландшафты и экосистемы».
Одним из примеров является Тибетское плато, где в 2007 году должно быть завершено строительство железной дороги Цинхай-Сизан протяженностью 695 миль. и 340 миль пути проложат через вечную мерзлоту. Половина области вечной мерзлоты, которую пересекают пути, относится к категории «высокотемпературной вечной мерзлоты», сказал Чжан, имея в виду, что мерзлый грунт всего на 1 или 2 градуса ниже точки замерзания.
«Вечная мерзлота представляет собой проблему, потому что климат в этом районе, по прогнозам, станет теплее в течение следующих 50-100 лет, а строительство и движение поездов на поверхности также могут создавать тепло и вызывать таяние», - сказал Чжан.. «Подвижные грунты могут разрушить железнодорожные пути, дороги и здания.
«Для того, чтобы рельсы оставались прямыми, а основание железной дороги устойчивым, инженеры используют щебень как для изоляции, так и для охлаждения вечной мерзлоты», - сказал он.
Используя эксперименты на месте и математическое моделирование теплопередачи, инженеры определили, что слой рыхлых пород среднего размера толщиной от 2 до 3 футов сводит к минимуму поступление тепла в почву под железнодорожными насыпями в теплое время года и способствует потерям тепла в теплое время года. зима.
«Скальный слой настолько эффективен, что на самом деле помогает создать чистый охлаждающий эффект с течением времени», - сказал Чжан. Один эксперимент, подробно описанный в презентации Чжана для встречи AGU, показал, что вечная мерзлота под железнодорожной насыпью на самом деле стала холоднее после года изоляции из щебня.
Хотя изоляция вечной мерзлоты из щебня была впервые исследована еще в 1960-х годах, по словам Чжана, это первый раз, когда крупномасштабный проект использует этот метод в качестве одного из основных решений. Железная дорога также использует другие средства для охлаждения и защиты почвы, в том числе затенение, изоляцию и «пассивные тепловые насосы», состоящие из трубопроводов, которые отводят тепло от земли и циркулируют холодный воздух..
"Дробленый камень является наиболее рентабельным методом", сказал Чжан. «В основном это затраты на оплату труда».
Чжан является исследователем в Национальном центре данных по снегу и льду и в Совместном институте исследований в области наук об окружающей среде, оба из которых связаны с CU-Boulder. Он получил степень бакалавра и магистра физической географии в Ланьчжоуском университете в Китае. Он имеет степень магистра и доктора геофизики Университета Аляски в Фэрбенксе.
Чжан в настоящее время является главным исследователем в пяти исследовательских проектах по исследованию мерзлых грунтов по всему миру, финансируемых Национальным научным фондом, НАСА, Международным центром арктических исследований Университета Аляски в Фэрбенксе и Национальным институтом глобальных исследований. Изменение окружающей среды в Министерстве энергетики США.