ترتفع درجة حرارة الأرض أسفل مدننا الرئيسية، وتتحول إلى طرق يمكن أن تلحق الضرر بالمباني والجسور وأنظمة النقل.

ما عليك سوى أن تسأل أي راكب يعاني من الحر في مترو أنفاق لندن أو مترو أنفاق مدينة نيويورك، وسيتعرق ليخبرك عن الكيفية التي تنفث بها أنظمة النقل تحت الأرض الحرارة.

ومع انتشار هذه الحرارة، فإنها ترفع درجات حرارة الأرض، وهو ما أظهر بحث جديد أنه قد حوّل التربة إلى أسفل مدينة أمريكية ولو بشكل طفيف للغاية - ولكن تم بناء أكثر من معظم المباني لتحملها.

وباستخدام منطقة شيكاغو لوب كدراسة للحالة، وثلاث سنوات من البيانات من شبكة مؤلفة من أجهزة استشعار لدرجة الحرارة اللاسلكية، قام المهندس المدني أليساندرو روتا لوريا من جامعة نورث وسترن في إلينوي ببناء نموذج كمبيوتري ثلاثي الأبعاد لمحاكاة كيفية تأثير درجات الحرارة المرتفعة على البيئة تحت السطحية.

وتمتد عمليات المحاكاة التي قام بها إلى قرن من الزمان، من عام 1951 (العام الذي أكملت فيه شيكاغو أنفاق مترو الأنفاق) إلى عام 2051، وتكشف عن "تأثير صامت ولكنه قد يكون إشكاليا لجزر الحرارة الحضرية تحت السطحية بالنسبة إلى مسألة أداء الهياكل المدنية والبنى التحتية".

وعلمنا مؤخرا فقط كيف يمكن أن تغرق مدينة نيويورك تحت وطأة ناطحات السحاب. أضف الحرارة إلى المزيج، ويمكن للطبقات الموجودة أسفل المدن أن تتحرك ببطء وتستقر وتهدأ عندما تجف التربة وتندمج.

وبصرف النظر عن أنفاق المترو المزدحمة، تأتي هذه الحرارة من خطوط الأنابيب تحت الأرض والكابلات الكهربائية التي تتقاطع مع المدن؛ الأرض مرصعة بأساسات المباني ومواقف السيارات التي تتسرب منها الحرارة أيضا.

وفي حين أن جميع البيئات المبنية تمتص الحرارة من الشمس، فإن الرواسب الطينية الدقيقة مثل تلك الموجودة أسفل شيكاغو معرضة بشكل خاص للتقلص أو الانتفاخ بفعل الحرارة والماء.

ويقول روتا لوريا إن من غير المرجح أن تنهار المباني بسبب التشوهات البطيئة المرتبطة بالحرارة. لكن التغييرات الطفيفة تحت السطح التي لا تتجاوز بضعة ملليمترات يمكن أن تضغط على الأساسات أو على حشوتها وتؤثر على متانة أو أداء مواد البناء بمرور الوقت.

ويوضح روتا لوريا الذي وجد أن درجات حرارة الأرض في شيكاغو ترتفع حاليا عند حوالي 0.14 درجة مئوية سنويا: "تتشوه الأرض [في شيكاغو] نتيجة للتغيرات في درجات الحرارة، ولم يتم تصميم أي بنية مدنية أو بنية تحتية لتحمل هذه الاختلافات. على الرغم من أن هذه الظاهرة ليست خطرة بالضرورة على سلامة الناس، إلا أنها ستؤثر على العمليات اليومية العادية لأنظمة الأساس والبنية التحتية المدنية بشكل عام".

وعرف العلماء عن تغير المناخ تحت الأرض (أو الجُزر الحرارية الجوفية) لبضعة عقود، وسجلوا النقاط الساخنة في التربة والمياه الجوفية تحت مدن مثل أمستردام وإسطنبول ونانجينغ وبرلين.

ووجد روتا لوريا في دراسته اختلافات أكبر في درجة حرارة الأرض في الجزء الشمالي، وهو جزء أكثر كثافة من منطقة لوب في شيكاغو مقارنة بنهايته الجنوبية المتناثرة.

وفي المتوسط، تفاوتت درجات الحرارة داخل طبقات التربة المتميزة عبر المنطقة بأكملها بحوالي 1-5 درجة مئوية (1.8-9 درجة فهرنهايت). ووفقا لنوع التربة، تسببت درجات الحرارة الأكثر دفئا في حدوث نزوح يتراوح بين 8 و12 ملمترا تحت المباني المختلفة، وفقا للنمذجة.

ويقول لوريا: "من المحتمل جدا 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".

وفي حين أن خفض الانبعاثات لتقليل درجات الحرارة العالمية من شأنه أن يخفف الضغط بالتأكيد، فإن بعض المدن تجرب استخدام الحرارة المهدرة من أنظمة النقل مثل مترو باريس لتسخين المباني السكنية وأنظمة المياه الساخنة.

ويخلص روتا لوريا في الورقة إلى أنه "ينبغي التخفيف من تغير المناخ الجاري تحت الأرض لتجنب الآثار غير المرغوب فيها على الهياكل المدنية والبنى التحتية في المستقبل".

نشرت الدراسة في مجلة هندسة الاتصالات.