تغيير البنية التحتية لمناخ متغير

مع بدء تغير المناخ في الانهيار على الكوكب ، سيتعين على البنية التحتية لمجتمعنا أن تمر ببعض التغييرات الجادة. تشمل البنية التحتية أشياء مثل وسائل النقل لدينا ، وإمدادات الطاقة والمياه ، وأنظمة الصرف الصحي والنفايات. ومع ذلك ، فإن الشيء المتعلق بتغير المناخ هو أنه لن يؤثر على أي مكان واحد بنفس الطريقة. هذا يعني أنه سيكون هناك الكثير من الأساليب المختلفة للتعامل مع مشاكل مثل الجفاف ، وارتفاع مستوى سطح البحر ، والفيضانات ، والأعاصير ، والحرارة الشديدة أو البرودة الشديدة ، والعواصف.

في هذه المقالة ، سأقدم لمحة عامة عن الاستراتيجيات المختلفة للبنية التحتية المقاومة للمناخ في المستقبل. ومع ذلك ، ضع في اعتبارك أنه سيتعين على كل مكان على حدة إجراء دراسات خاصة بالموقع للعثور على أفضل الحلول لاحتياجاتهم.

وسائل النقل

الطرق. إنها مكلفة للصيانة كما هي ، ولكن مع الأضرار الإضافية الناجمة عن الفيضانات والأمطار والحرارة والصقيع ، فإن صيانة الطرق ستصبح أكثر تكلفة. الطرق المعبدة حيث يمثل هطول الأمطار والفيضانات مشكلة سوف تكافح للتعامل مع كل المياه الزائدة. المشكلة في المواد التي لدينا الآن ، على عكس المناظر الطبيعية ، أنها بالكاد تمتص أي ماء على الإطلاق. ثم لدينا كل هذه المياه الزائدة التي لا تعرف إلى أين نذهب ، وفي النهاية تغمر الشوارع والمدن. سيؤدي هطول الأمطار المضاف إلى إتلاف علامات الطرق على الطرق المعبدة وسيؤدي إلى مزيد من التآكل على الطرق غير المعبدة. ال تقارير وكالة حماية البيئة أن هذه المشكلة ستكون مأساوية بشكل خاص داخل الولايات المتحدة في منطقة Great Planes ، مما قد يتطلب إصلاحات تصل إلى 3.5 مليار دولار بحلول عام 2100.

في الأماكن التي تكون فيها الحرارة الشديدة مصدر قلق أكبر ، ستؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تشقق الطرق المعبدة بشكل متكرر وتحتاج إلى مزيد من الصيانة. تمتص الأرصفة أيضًا مزيدًا من الحرارة ، مما يحول المدن إلى مناطق حرارة شديدة الخطورة. مع وضع ذلك في الاعتبار ، قد تبدأ المواقع ذات درجات الحرارة الأعلى في استخدام أشكال "رصيف بارد".

إذا واصلنا إطلاق نفس القدر من انبعاثات غازات الدفيئة كما نفعل حاليًا ، فإن وكالة حماية البيئة تتوقع أنه بحلول عام 2100 ، قد ترتفع تكاليف التكيف داخل الولايات المتحدة على الطرق إلى يصل إلى 10 مليارات دولار. لا يشمل هذا التقدير أيضًا المزيد من الأضرار الناجمة عن ارتفاع مستوى سطح البحر أو فيضانات العواصف ، لذلك من المحتمل أن تكون أعلى من ذلك. ومع ذلك ، مع المزيد من اللوائح بشأن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، يقدرون أنه يمكننا تجنب 4.2 - 7.4 مليار دولار من هذه الأضرار.

الجسور والطرق السريعة. سيحتاج هذان الشكلان من البنية التحتية إلى أكبر قدر من التغيير في المدن الساحلية والمدن المنخفضة مستوى سطح البحر. مع ازدياد حدة العواصف ، تتعرض الجسور والطرق السريعة لخطر أن تصبح أكثر عرضة للإجهاد الذي تسببه الرياح والمياه الزائدة ، وكذلك من الشيخوخة العامة.

مع الجسور على وجه التحديد ، يكمن الخطر الأكبر في شيء يسمى نظف. يحدث هذا عندما يزيل الماء سريع الحركة تحت الجسر الرواسب التي تدعم أساساته. مع استمرار نمو المسطحات المائية من ارتفاع الأمطار وارتفاع منسوب مياه البحر ، ستزداد النقاوة سوءًا. هناك طريقتان حاليتان تقترحهما وكالة حماية البيئة للمساعدة في مكافحة هذه المشكلة في المستقبل ، وهما إضافة المزيد من الصخور والرواسب لتثبيت أسس الجسور وإضافة المزيد من الخرسانة لتقوية الجسور بشكل عام.

وسائل النقل العامة. بعد ذلك ، دعنا نفكر في وسائل النقل العام مثل حافلات المدينة ومترو الأنفاق والقطارات والمترو. على أمل أن نحد من انبعاثات الكربون ، سيأخذ الكثير من الناس وسائل النقل العام. داخل المدن ، سيكون هناك عدد أكبر من خطوط الحافلات أو السكك الحديدية للتجول ، وستزداد الكمية الإجمالية للحافلات والقطارات لإفساح المجال لأعداد أكبر من الناس. ومع ذلك ، فإن المستقبل يحمل عددًا من الاحتمالات المخيفة لوسائل النقل العام ، وتحديداً من الفيضانات والحرارة الشديدة.

مع الفيضانات والأنفاق والنقل تحت الأرض للسكك الحديدية سوف تعاني. هذا منطقي لأن الأماكن التي ستفيض أولاً هي الأراضي المنخفضة. ثم أضف الخطوط الكهربائية التي تستخدمها وسائل النقل مثل المترو ومترو الأنفاق ولدينا خطر عام محدد. في الواقع ، لقد بدأنا بالفعل في رؤية هذا النوع من الفيضانات في أماكن مثل مدينة نيويورك، من إعصار ساندي ، ويزداد الأمر سوءًا. ردود تشمل هذه التهديدات تغييرات في البنية التحتية مثل بناء شبكات تهوية مرتفعة لتقليل مياه العواصف ، وبناء ميزات وقائية مثل الجدران الاستنادية ، وفي بعض الأماكن ، نقل بعض البنية التحتية للنقل لدينا إلى مناطق أقل عرضة للخطر.

بالنسبة للحرارة الشديدة ، هل سبق لك أن سافرت إلى وسائل النقل العام في المدينة خلال ساعة الذروة في الصيف؟ سأعطيك تلميحًا: إنه ليس ممتعًا. حتى لو كان هناك مكيف للهواء (غالبًا لا يوجد) ، مع وجود الكثير من الناس مثل السردين ، من الصعب الحفاظ على انخفاض درجة الحرارة. يمكن أن تؤدي هذه الكمية من الحرارة إلى الكثير من المخاطر الحقيقية ، مثل الإرهاق الحراري للأشخاص الذين يركبون وسائل النقل العام. لتقليل هذه المشكلة ، سيتعين على البنية التحتية إما أن تكون ذات ظروف أقل كثافة أو أشكال أفضل من أجهزة تكييف الهواء.

أخيرًا ، من المعروف أن الحرارة الشديدة تسبب قضبان ملتوية، والمعروفة أيضًا باسم "مكامن الخلل الحراري" ، على طول خطوط السكك الحديدية. كلاهما يبطئ القطارات ويتطلب إصلاحات إضافية وأكثر تكلفة للنقل.

النقل الجوي. أحد أكبر الأشياء التي يجب التفكير فيها فيما يتعلق بالسفر بالطائرة هو أن العملية بأكملها تعتمد نسبيًا على الطقس. ونتيجة لذلك ، يجب أن تصبح الطائرات أكثر مقاومة للحرارة الشديدة والعواصف الشديدة. اعتبارات أخرى هي مدارج الطائرات الفعلية ، لأن العديد منها قريب من مستوى سطح البحر وعرضة للفيضانات. ستؤدي العواصف العاتية إلى جعل المزيد والمزيد من المدارج غير متاحة لفترات زمنية أطول. لحل هذه المشكلة ، قد نبدأ إما في رفع المدارج على الهياكل العليا أو نقل العديد من مطاراتنا الرئيسية. 

النقل البحري. ستشهد الموانئ والمرافئ أيضًا بعض التغييرات الإضافية بسبب ارتفاع مستوى البحار والعواصف المتزايدة على السواحل. من المحتمل أن يتم رفع بعض الهياكل إلى مستوى أعلى أو تحصينها بشكل أكبر لتحمل ارتفاع مستوى سطح البحر.

الطاقة

التكييف والتدفئة. نظرًا لأن تغير المناخ يأخذ الحرارة إلى مستويات متطرفة جديدة ، فإن الحاجة إلى تكييف الهواء سترتفع بشكل كبير. ترتفع درجة حرارة الأماكن حول العالم ، وخاصة المدن ، لتصل إلى درجات حرارة مميتة بدون تكييف هواء. بحسب ال مركز حلول المناخ والطاقة، "الحرارة الشديدة هي أكثر الكوارث الطبيعية فتكًا في الولايات المتحدة ، حيث تقتل في المتوسط ​​أشخاصًا أكثر من الأعاصير والبرق والزلازل والفيضانات مجتمعة."

لسوء الحظ ، مع ارتفاع هذا الطلب على الطاقة ، فإن قدرتنا على توفير الطاقة آخذة في الانخفاض. نظرًا لأن طرقنا الحالية لإنتاج الطاقة هي أحد المصادر الرئيسية لتغير المناخ الذي يسببه الإنسان ، فقد أصبحنا عالقين في هذه الحلقة المفرغة لاستخدام الطاقة. يكمن أملنا في البحث عن مصادر أنظف لتوفير المزيد من متطلبات الطاقة لدينا.

السدود. في معظم الأماكن ، يكون التهديد الأكبر للسدود في المستقبل هو زيادة الفيضانات والكسر من العواصف. في حين أن نقص تدفق المياه من الجفاف يمكن أن يكون مشكلة في بعض الأماكن ، إلا أن دراسة من الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا أظهر أن "الزيادة في مدة الجفاف وحجم العجز [لن] تؤثر على إنتاج الطاقة أو تشغيل الخزان."

من ناحية أخرى ، أظهرت الدراسة أيضًا أنه مع زيادة العواصف ، "سيزداد احتمال الفشل الهيدرولوجي الكلي لسد في المناخ المستقبلي". يحدث هذا عندما تصبح السدود مثقلة بالمياه وتفيض أو تنكسر.

بالإضافة إلى ذلك ، في محاضرة عن الرابع من أكتوبر مناقشة ارتفاع مستوى سطح البحر ، أستاذ القانون في ويليام وماري ، إليزابيث أندروز، يظهر حدوث هذه التأثيرات بالفعل. على حد قولها ، عندما "ضرب إعصار فلويد [Tidewater ، VA] في سبتمبر 1999 ، تم اختراق 13 سدًا وتضرر العديد ، ونتيجة لذلك ، تم تعديل قانون سلامة سد فرجينيا." وبالتالي ، مع تزايد العواصف ، سيتعين علينا وضع الكثير في البنية التحتية لسلامة السدود.

الطاقة الخضراء. من القضايا الكبيرة عند الحديث عن تغير المناخ والطاقة استخدامنا للوقود الأحفوري. طالما واصلنا حرق الوقود الأحفوري ، فسوف نستمر في جعل تغير المناخ أسوأ.

مع وضع هذا في الاعتبار ، ستصبح مصادر الطاقة النظيفة والمستدامة ضرورية. وستشمل هذه استخدام ملفات ريح, شمسيو الطاقة الحرارية الأرضية المصادر ، بالإضافة إلى المفاهيم الجديدة لجعل التقاط الطاقة أكثر كفاءة ويمكن الوصول إليه ، مثل الشجرة الخضراء SolarBotanic التي تحصد كل من طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

التصميم

أنظمة البناء. ستدفعنا التغيرات في المناخ ومستوى سطح البحر إلى الحصول على مباني متكيفة بشكل أفضل. ما إذا كنا نحصل على هذه التحسينات الضرورية كوقاية أو كرد فعل أمر مشكوك فيه ، ولكن يجب أن يحدث ذلك في النهاية. 

في الأماكن التي تكون فيها الفيضانات هي المشكلة ، سيكون هناك المزيد من المتطلبات للبنية التحتية المرتفعة وقوة تحمل الفيضانات. وسيشمل ذلك أي إنشاءات جديدة في المستقبل ، بالإضافة إلى صيانة المباني الحالية للتأكد من أن كليهما مقاوم للفيضانات. الفيضانات هي واحدة من أغلى الكوارث بعد الزلازل ، لذا فإن التأكد من أن المباني لها أساسات قوية ومرتفعة فوق خط الفيضان أمر بالغ الأهمية. في الواقع ، قد تؤدي الزيادة في الفيضانات إلى جعل بعض المواقع محظورة على البناء بالكامل. 

بالنسبة للأماكن التي تعاني من نقص المياه ، يجب أن تصبح المباني أكثر كفاءة في استخدام المياه. هذا يعني تغييرات مثل المراحيض ذات التدفق المنخفض ، والاستحمام ، والحنفيات. في مناطق معينة ، قد نضطر إلى توديع الحمامات. أنا أعرف. هذا يزعجني أيضًا.

بالإضافة إلى ذلك ، ستحتاج المباني إلى عزل وهندسة معمارية أفضل لتعزيز كفاءة التدفئة والتبريد. كما تمت مناقشته سابقًا ، أصبح تكييف الهواء ضروريًا جدًا في العديد من الأماكن ، لذا فإن التأكد من أن المباني تساعد في التخفيف من بعض هذا الطلب سيكون بمثابة مساعدة كبيرة.

أخيرًا ، بدأ الابتكار في المدن الأسطح الخضراء. هذا يعني وجود حدائق أو عشب أو شكل من أشكال النباتات على أسطح المباني. قد تسأل عن الهدف من حدائق الأسطح وتتفاجأ بمعرفة أن لها بالفعل فوائد ضخمة ، بما في ذلك عزل درجة الحرارة والصوت ، وامتصاص المطر ، وتحسين جودة الهواء ، وتقليل "الجزر الحرارية" ، وإضافة التنوع البيولوجي ، وكونها جميلة بشكل عام. تعمل هذه الأسطح الخضراء على تحسين البيئات الداخلية للمدينة لدرجة أن المدن ستبدأ في طلبها أو طلب الألواح الشمسية لكل مبنى جديد. سان فرانسيسكو لديها بالفعل فعلت هذا!

الشواطئ والسواحل. أصبح البناء الساحلي أقل عملية. على الرغم من أن الجميع يحب العقارات المطلة على البحر ، مع ارتفاع مستوى سطح البحر ، فإن هذه المواقع ستكون للأسف أول المواقع التي ينتهي بها المطاف تحت الماء. ربما يكون الشيء الإيجابي الوحيد في هذا الأمر بالنسبة للأشخاص الذين يعيشون في الداخل قليلاً ، لأنهم قد يكونون قريبًا قريبًا جدًا من الشاطئ. على الرغم من ذلك ، يجب أن يتوقف البناء بالقرب من المحيط ، لأنه لن يكون أي من هذه المباني مستدامًا مع زيادة العواصف والمد والجزر.

جدران البحر. عندما يتعلق الأمر بأسوار البحر ، فإنها ستستمر في أن تصبح أكثر شيوعًا وإفراط في استخدامها في محاولتنا للتعامل مع تغير المناخ. مقال من العلمي الأميركي تتنبأ بأن "كل دولة في العالم ستبني جدرانًا للدفاع عن نفسها من ارتفاع مستوى البحار في غضون 90 عامًا ، لأن تكلفة الفيضانات ستكون أغلى من تكلفة مشاريع الحماية". الآن ، ما لم أكن أعرفه قبل إجراء بعض الأبحاث الإضافية هو أن هذا النوع من منع ارتفاع المد يؤدي كثيرًا الضرر الذي يلحق بالبيئة الساحلية. إنهم يميلون إلى جعل تآكل السواحل أسوأ وإفساد أشكال التأقلم الطبيعية للساحل.

أحد البدائل التي قد نبدأ في رؤيتها على السواحل هو شيء يسمى "الشواطئ الحية." وهذه هي "الهياكل القائمة على الطبيعة ،" مثل المستنقعات والكثبان الرملية وأشجار المانغروف أو الشعاب المرجانية التي تقوم بنفس الأشياء مثل جدران البحر ، ولكنها توفر أيضًا موطنًا للطيور البحرية والمخلوقات الأخرى. مع أي حظ في لوائح البناء ، قد تصبح هذه الإصدارات الخضراء من الجدران البحرية لاعبًا وقائيًا رائدًا ، خاصة في المناطق الساحلية المحمية مثل أنظمة الأنهار وخليج تشيسابيك والبحيرات العظمى.

قنوات المياه والبنية التحتية الخضراء

بعد نشأتك في كاليفورنيا ، كان الجفاف دائمًا موضوعًا دائمًا للمحادثة. لسوء الحظ ، هذه مشكلة لا تتحسن مع تغير المناخ. أحد الحلول التي يتم طرحها باستمرار في النقاش هو البنية التحتية التي تنقل المياه من أماكن أخرى ، مثل سياتل أو ألاسكا. ومع ذلك ، فإن نظرة فاحصة تظهر أن هذا ليس عمليًا. بدلاً من ذلك ، هناك شكل مختلف من البنية التحتية لتوفير المياه وهو ما يسمى "البنية التحتية الخضراء". هذا يعني استخدام هياكل مثل براميل المطر لجمع مياه الأمطار بشكل أساسي واستخدامها لأشياء مثل تنظيف المراحيض وسقي الحدائق أو الزراعة. باستخدام هذه التقنيات ، قدرت دراسة أن كاليفورنيا يمكن أن تنقذ 4.5 تريليون جالون ماء.

يتضمن جانب آخر للبنية التحتية الخضراء إعادة شحن المياه الجوفية من خلال وجود المزيد من مناطق المدينة التي تمتص المياه. وهذا يشمل المزيد من الأرصفة القابلة للاختراق ، وحدائق مياه الأمطار المصممة خصيصًا لتستوعب المزيد من المياه ، وببساطة وجود المزيد من المساحات النباتية حول المدينة بحيث يمكن لمياه الأمطار أن تتسرب إلى المياه الجوفية. قدّر التحليل السابق ذكره قيمة إعادة تغذية المياه الجوفية في مناطق معينة أكثر من $ 50 مليون.

الصرف الصحي والنفايات

مياه المجاري. من الواضح أنني قمت بحفظ أفضل موضوع لآخر مرة. سيكون أكبر تغيير في البنية التحتية للصرف الصحي نتيجة لتغير المناخ هو جعل محطات المعالجة أكثر فعالية ، والنظام بأكمله أكثر تحملاً للفيضانات. في الأماكن التي يوجد بها فيضان ، تكمن المشكلة الآن في أن أنظمة الصرف الصحي غير معدة لاستيعاب الكثير من المياه. هذا يعني أنه عند حدوث فيضان ، يتم توجيه مياه الصرف الصحي مباشرة إلى الجداول أو الأنهار القريبة ، أو تتسرب مياه الفيضان إلى أنابيب الصرف الصحي ونحصل على شيء يسمى "تجاوز المجاري الصحية. " الاسم واضح بذاته ، ولكنه يحدث بشكل أساسي عندما تتدفق المجاري وتنتشر مياه الصرف الصحي المركزة الخام في البيئة المحيطة. ربما يمكنك تخيل القضايا الكامنة وراء هذا. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فكر في مجموعة كبيرة من تلوث المياه والأمراض الناتجة. سيتعين على البنية التحتية المستقبلية إيجاد طرق جديدة للتعامل مع الفائض ومراقبة صيانتها عن كثب.

من ناحية أخرى ، في الأماكن التي تعاني من الجفاف ، هناك العديد من المفاهيم الأخرى التي تدور حول نظام الصرف الصحي. أحدهما يستخدم كمية أقل من المياه في النظام بالكامل ، لاستخدام تلك المياه الإضافية لاحتياجات أخرى. ومع ذلك ، علينا أن نقلق بشأن تركيز مياه الصرف الصحي ، وكيف يمكننا معالجتها بنجاح ، ومدى الضرر الذي ستلحقه مياه الصرف الصحي المركزة بالبنية التحتية. هناك مفهوم آخر قد نبدأ في اللعب به وهو إعادة استخدام المياه بعد المعالجة ، مما يجعل جودة تلك المياه المفلترة أكثر أهمية.

مياه الأمطار. لقد تحدثت بالفعل كثيرًا عن المشكلات التي تكمن وراء مياه الأمطار والفيضانات ، لذا سأحاول ألا أكرر نفسي كثيرًا. في محاضرة عن "استعادة خليج تشيسابيك بحلول عام 2025: هل نحن على الطريق الصحيح؟"، كبير محامي مؤسسة خليج تشيسابيك ، بيغي سانر، طرح قضية تلوث الجريان السطحي من مياه الأمطار ، قائلاً إنها "واحدة من أكبر قطاعات التلوث". يوضح سانر أن الحل الكبير لتلوث مياه الأمطار يتماشى مع كيفية تقليل الفيضانات ؛ أي امتلاك المزيد من الأراضي التي يمكنها امتصاص الماء. تقول: "بمجرد أن يتم تسريبها إلى التربة ، فإن هذا الجريان يتباطأ ، ويبرد ، ثم ينظف ثم يدخل في كثير من الأحيان إلى مجرى المياه من خلال المياه الجوفية." ومع ذلك ، فهي تقر بأن وضع هذه الأشكال الجديدة من البنية التحتية في مكانها عادة ما يكون مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً. هذا يعني ، إذا كنا محظوظين ، فربما نشهد المزيد من هذا في السنوات الـ 15 إلى الـ 25 القادمة.

المخلفات. أخيرًا ، لدينا نفاياتك العامة. نأمل أن يكون التغيير الأكبر مع هذا الجزء من المجتمع هو الحد منه. عندما ننظر إلى الإحصائيات ، فإن مرافق النفايات مثل مدافن النفايات والمحارق والسماد العضوي وحتى إعادة التدوير من تلقاء نفسها تسبب ما يصل إلى خمسة بالمائة من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة. قد لا يبدو هذا كثيرًا ، ولكن بمجرد دمجها مع كيفية ظهور كل هذه الأشياء في سلة المهملات (الإنتاج والنقل وإعادة التدوير) ، فإنها تصل إلى ما يقرب من 42٪ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة.

مع هذا القدر الكبير من التأثير ، لا توجد طريقة يمكننا من خلالها الحفاظ على هذه الكمية من النفايات دون جعل تغير المناخ أكثر سوءًا. حتى مع تضييق رؤيتنا والنظر في التأثيرات على البنية التحتية وحدها ، يبدو الأمر سيئًا بما فيه الكفاية. نأمل ، من خلال وضع العديد من الحلول والممارسات المذكورة أعلاه في مكانها الصحيح ، يمكن للبشرية أن تبدأ في إحداث نوع مختلف من التأثير: تأثير للأفضل.