Zmieniająca się infrastruktura dla zmieniającego się klimatu

Ponieważ zmiany klimatu zaczynają uderzać w naszą planetę, infrastruktura naszego społeczeństwa będzie musiała przejść poważne zmiany. Infrastruktura obejmuje takie rzeczy, jak nasze metody transportu, zaopatrzenie w energię i wodę oraz systemy kanalizacyjne i kanalizacyjne. Jednak zmiana klimatu polega na tym, że nie wpłynie ona w ten sam sposób na żadne pojedyncze miejsce. Oznacza to, że będzie wiele różnych stylów radzenia sobie z problemami, takimi jak susza, podnoszenie się poziomu mórz, powodzie, tornada, ekstremalne upały lub zimno oraz burze.

W tym artykule przedstawię ogólny przegląd różnych strategii dla naszej przyszłej infrastruktury odpornej na zmiany klimatu. Należy jednak pamiętać, że każde miejsce będzie musiało przeprowadzić własne badania, aby znaleźć najlepsze rozwiązania dla swoich potrzeb.

Transport

Drogi. Są drogie w utrzymaniu w obecnej postaci, ale z dodatkowymi uszkodzeniami spowodowanymi powodziami, opadami, upałami i mrozem, utrzymanie dróg będzie znacznie droższe. Utwardzone drogi, na których występują opady atmosferyczne i powodzie, będą miały trudności z obsługą całej dodatkowej wody. Problem z materiałami, które mamy teraz, polega na tym, że w przeciwieństwie do naturalnych krajobrazów prawie w ogóle nie nasiąkają wodą. Potem mamy całą tę dodatkową wodę, która nie wie, dokąd płynąć, ostatecznie zalewając ulice i miasta. Dodatkowe opady zniszczą również oznaczenia drogowe na drogach utwardzonych i spowodują większą erozję na drogach nieutwardzonych. The Raporty EPA że ten problem byłby szczególnie dramatyczny w Stanach Zjednoczonych w regionie Wielkich Samolotów, potencjalnie wymagający nawet 3.5 miliarda dolarów na naprawy do 2100 roku.

W miejscach, gdzie ekstremalne upały są bardziej niepokojące, wysokie temperatury powodują częstsze pękanie utwardzonych dróg i wymagają więcej konserwacji. Chodniki pochłaniają również więcej ciepła, przekształcając miasta w te bardzo intensywne i niebezpieczne punkty cieplne. Mając to na uwadze, lokalizacje o wyższych temperaturach mogą zacząć stosować formy „fajny chodnik".

Jeśli nadal będziemy emitować tyle gazów cieplarnianych, co obecnie, EPA przewiduje, że do 2100 roku koszty adaptacji dróg w USA mogą wzrosnąć do aż 10 miliardów dolarów. Szacunki te nie obejmują również dalszych szkód spowodowanych podnoszeniem się poziomu morza lub powodziami sztormowymi, więc prawdopodobnie byłyby jeszcze wyższe. Jednak dzięki większej liczbie regulacji dotyczących emisji gazów cieplarnianych szacują, że moglibyśmy uniknąć 4.2–7.4 miliarda dolarów tych szkód.

Mosty i autostrady. Te dwie formy infrastruktury będą wymagały najwięcej zmian w miastach nadmorskich i położonych na niskim poziomie morza. W miarę jak burze stają się coraz bardziej intensywne, mosty i autostrady mogą stać się bardziej podatne zarówno na stres, jaki wywiera na nie dodatkowy wiatr i woda, jak i na ogólne starzenie.

Szczególnie w przypadku mostów największym niebezpieczeństwem jest coś, co nazywa się przeszukać. Dzieje się tak, gdy szybko płynąca woda pod mostem zmywa osady podtrzymujące jego fundamenty. Ponieważ zbiorniki wodne stale rosną z powodu większej ilości opadów i podnoszenia się poziomu mórz, szorowanie będzie się tylko pogarszać. Dwa obecne sposoby, które EPA sugeruje, aby pomóc w walce z tym problemem w przyszłości, to dodanie większej ilości skał i osadów w celu ustabilizowania fundamentów mostów oraz dodanie większej ilości betonu w celu ogólnego wzmocnienia mostów.

Transport publiczny. Następnie rozważmy transport publiczny, taki jak autobusy miejskie, metro, pociągi i metro. Mając nadzieję, że zmniejszymy emisję dwutlenku węgla, znacznie więcej osób będzie korzystało z transportu publicznego. W miastach pojawi się większa liczba tras autobusowych lub kolejowych do poruszania się, a ogólna liczba autobusów i pociągów wzrośnie, aby zrobić miejsce dla większej liczby osób. Jednak przyszłość niesie ze sobą wiele przerażających możliwości dla transportu publicznego, szczególnie przed powodziami i ekstremalnymi upałami.

Z powodu powodzi tunele i podziemny transport kolejowy ucierpią. Ma to sens, ponieważ miejsca, które zostaną zalane jako pierwsze, to najniższe tereny. Następnie dodaj linie elektryczne, z których korzystają środki transportu, takie jak metro i metro, i mamy wyraźne zagrożenie publiczne. W rzeczywistości już zaczęliśmy obserwować tego typu powodzie w miejscach takich jak Nowy Jork, przed huraganem Sandy, i jest coraz gorzej. Odpowiedzi do tych zagrożeń należą zmiany w infrastrukturze, takie jak budowa podniesionych kratek wentylacyjnych w celu zmniejszenia ilości wód opadowych, budowanie elementów ochronnych, takich jak mury oporowe, aw niektórych miejscach przeniesienie części naszej infrastruktury transportowej do obszarów mniej narażonych.

Jeśli chodzi o ekstremalne upały, czy byłeś kiedyś w miejskim transporcie publicznym w godzinach szczytu w lecie? Podpowiem: to nie jest zabawne. Nawet jeśli jest klimatyzacja (często jej nie ma), przy tak wielu ludziach stłoczonych jak sardynki, trudno jest utrzymać niską temperaturę. Taka ilość ciepła może prowadzić do wielu realnych zagrożeń, takich jak wyczerpanie cieplne osób korzystających z transportu publicznego. Aby zmniejszyć ten problem, infrastruktura będzie musiała mieć mniej zatłoczonych miejsc lub lepsze formy klimatyzacji.

Wreszcie wiadomo, że powoduje ekstremalne ciepło wygięte szyny, znane również jako „załamania cieplne”, wzdłuż linii kolejowych. Oba spowalniają pociągi i wymagają dodatkowych i droższych napraw w transporcie.

Transport powietrzny. Jedną z najważniejszych rzeczy do przemyślenia w odniesieniu do podróży samolotem jest to, że cała operacja jest względnie zależna od pogody. Z tego powodu samoloty będą musiały stać się bardziej odporne zarówno na intensywne upały, jak i silne burze. Inne kwestie dotyczą rzeczywistych pasów startowych samolotów, ponieważ wiele z nich znajduje się blisko poziomu morza i jest narażonych na powodzie. Fale sztormowe spowodują, że coraz więcej pasów startowych będzie niedostępnych przez dłuższy czas. Aby rozwiązać ten problem, możemy zacząć wznosić pasy startowe na wyższych konstrukcjach lub przenosić wiele naszych głównych lotnisk. 

Transport morski. Porty i przystanie również doświadczą dodatkowych zmian z powodu podnoszących się mórz i wzmożonych sztormów na wybrzeżach. Niektóre konstrukcje prawdopodobnie będą musiały zostać wzniesione wyżej lub bardziej ufortyfikowane, aby tolerować wzrost poziomu morza.

Energia

Klimatyzacja i ogrzewanie. W miarę jak zmiany klimatu doprowadzają ciepło do nowych skrajności, zapotrzebowanie na klimatyzację gwałtownie wzrośnie. Miejsca na całym świecie, zwłaszcza miasta, nagrzewają się do śmiercionośnych temperatur bez klimatyzacji. Według Centrum Rozwiązań klimatyczno-energetycznego„Ekstremalne upały to najbardziej śmiercionośna klęska żywiołowa w Stanach Zjednoczonych, która zabija średnio więcej ludzi niż huragany, błyskawice, tornada, trzęsienia ziemi i powodzie razem wzięte”.

Niestety, wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię, nasza zdolność do dostarczania energii maleje. Ponieważ nasze obecne metody produkcji energii są jednym z głównych źródeł zmian klimatycznych spowodowanych przez człowieka, utknęliśmy w tym błędnym kole zużycia energii. Nasza nadzieja leży w szukaniu czystszych źródeł, aby zaspokoić nasze zapotrzebowanie na energię.

Tamy. W większości miejsc największym zagrożeniem dla zapór w przyszłości są wzmożone powodzie i pękanie w wyniku sztormów. Podczas gdy brak przepływu wody z powodu suszy może być problemem w niektórych miejscach, badanie przeprowadzone przez The Norweski Uniwersytet Nauki i Technologii wykazało, że „wydłużenie czasu trwania suszy i wielkości deficytu [nie] wpłynęłoby na produkcję energii ani działanie zbiornika”.

Z drugiej strony badanie wykazało również, że wraz ze wzrostem liczby burz „całkowite prawdopodobieństwo awarii hydrologicznej tamy wzrośnie w przyszłym klimacie”. Dzieje się tak, gdy tamy są przeciążone wodą i albo przelewają się, albo pękają.

Dodatkowo w wykładzie nt 4 października omawiając podnoszenie się poziomu mórz, profesor prawa William i Mary, Elżbieta Andrews, pokazuje, że te efekty już zachodzą. Cytując ją, kiedy „Hurricane Floyd uderzył [Tidewater, VA] we wrześniu 1999 r., 13 zapór zostało naruszonych, a wiele innych zostało uszkodzonych, w wyniku czego ustawa o bezpieczeństwie tamy w Wirginii została zmieniona”. Tak więc, wraz z nasileniem się burz, będziemy musieli zainwestować znacznie więcej w infrastrukturę bezpieczeństwa zapór.

Zielona energia. Dużym problemem, gdy mówimy o zmianach klimatu i energii, jest wykorzystanie przez nas paliw kopalnych. Dopóki będziemy spalać paliwa kopalne, będziemy nadal pogarszać zmiany klimatyczne.

Mając to na uwadze, czyste, zrównoważone źródła energii staną się niezbędne. Obejmą one używanie wiatr, słoneczny, Geotermiczny źródeł energii, a także nowe koncepcje mające na celu uczynienie wychwytywania energii bardziej wydajnym i dostępnym, takie jak Solarbotaniczne zielone drzewo który pozyskuje zarówno energię wiatrową, jak i słoneczną.

Budownictwo

Przepisy budowlane. Zmiany klimatu i poziomu mórz zmuszą nas do posiadania lepiej przystosowanych budynków. Wątpliwe jest, czy otrzymamy te niezbędne ulepszenia jako profilaktykę, czy jako reakcję, ale w końcu będzie to musiało nastąpić. 

W miejscach, w których występują powodzie, będą większe wymagania dotyczące wzniesionej infrastruktury i odporności na powódź. Obejmuje to każdą nową konstrukcję w przyszłości, a także utrzymanie naszych obecnych budynków, aby upewnić się, że oba są odporne na powódź. Jednym z nich są powodzie najbardziej kosztownych katastrof po trzęsieniach ziemi, więc upewnienie się, że budynki mają mocne fundamenty i są wzniesione powyżej linii powodzi, ma kluczowe znaczenie. W rzeczywistości wzrost powodzi może całkowicie uniemożliwić budowanie niektórych lokalizacji. 

Jeśli chodzi o miejsca, w których brakuje wody, budynki będą musiały stać się znacznie bardziej wydajne pod względem zużycia wody. Oznacza to zmiany, takie jak toalety o niskim przepływie, prysznice i krany. W niektórych obszarach możemy nawet pożegnać się z kąpielami. Wiem. To też mnie denerwuje.

Ponadto budynki będą wymagały lepszej izolacji i architektury, aby promować wydajne ogrzewanie i chłodzenie. Jak wspomniano wcześniej, klimatyzacja staje się coraz bardziej potrzebna w wielu miejscach, więc upewnienie się, że budynki pomagają złagodzić część tego zapotrzebowania, będzie ogromną pomocą.

Wreszcie innowacją, która zaczyna pojawiać się w miastach są zielone dachy. Oznacza to posiadanie ogrodów, trawy lub innej formy roślin na dachach budynków. Możesz zapytać, jaki jest sens ogrodów na dachach i zdziwić się, wiedząc, że w rzeczywistości mają ogromne zalety, w tym izolację temperatury i dźwięku, pochłanianie deszczu, poprawę jakości powietrza, redukcję „wysp ciepła”, zwiększanie różnorodności biologicznej i po prostu ogólnie ładne. Te zielone dachy poprawiają środowisko śródmiejskie tak bardzo, że miasta zaczną wymagać ich lub paneli słonecznych do każdego nowego budynku. San Francisco już zrobiłem to!

Plaże i wybrzeża. Budownictwo przybrzeżne staje się coraz mniej praktyczne. Chociaż wszyscy kochają nadmorskie nieruchomości, wraz ze wzrostem poziomu mórz, te lokalizacje będą niestety pierwszymi, które znajdą się pod wodą. Być może jedyną pozytywną rzeczą byłoby to dla ludzi nieco bardziej w głąb lądu, ponieważ wkrótce mogą być znacznie bliżej plaży. Naprawdę jednak budowa w pobliżu oceanu będzie musiała zostać wstrzymana, ponieważ żaden z tych budynków nie będzie zrównoważony przy wzmagających się sztormach i przypływach.

Wały nadmorskie. Jeśli chodzi o Seawalls, będą one coraz bardziej powszechne i nadużywane w naszych próbach radzenia sobie ze zmianami klimatycznymi. Artykuł z Scientific American przewiduje, że „każdy kraj na świecie będzie w ciągu 90 lat budował mury obronne przed podnoszącym się poziomem mórz, ponieważ koszty powodzi będą droższe niż koszty projektów ochronnych”. To, czego nie wiedziałem przed przeprowadzeniem dodatkowych badań, to fakt, że ta forma zapobiegania przypływom ma wiele zalet szkody w środowisku przybrzeżnym. Mają tendencję do pogarszania erozji wybrzeża i zakłócania naturalnych form radzenia sobie na wybrzeżu.

Jedną z alternatyw, którą możemy zacząć widzieć na wybrzeżach, jest coś, co nazywa się „żywe wybrzeża”. To są „konstrukcje oparte na naturze”, takie jak bagna, wydmy, lasy namorzynowe lub rafy koralowe, które pełnią te same funkcje co falochrony, ale także zapewniają siedlisko ptakom morskim i innym stworzeniom. Przy odrobinie szczęścia w przepisach budowlanych te zielone wersje falochronów mogą stać się wiodącym graczem ochronnym, zwłaszcza w osłoniętych obszarach przybrzeżnych, takich jak systemy rzeczne, Zatoka Chesapeake i Wielkie Jeziora.

Kanały wodne i zielona infrastruktura

Dorastając w Kalifornii, susza zawsze była stałym tematem rozmów. Niestety, jest to jeden problem, który nie poprawia się wraz ze zmianami klimatycznymi. Jednym z rozwiązań, które wciąż jest przedmiotem debaty, jest infrastruktura, która przenosi wodę z innych miejsc, takich jak Seattle czy Alaska. Jednak bliższe spojrzenie pokazuje, że nie jest to praktyczne. Zamiast tego inną formą infrastruktury oszczędzającej wodę jest coś, co nazywa się „zieloną infrastrukturą”. Oznacza to wykorzystywanie konstrukcji takich jak beczki na deszczówkę do zbierania wody deszczowej i wykorzystywania jej do spłukiwania toalet i podlewania ogrodów lub rolnictwa. Korzystając z tych technik, w badaniu oszacowano, że Kalifornia może zaoszczędzić 4.5 bilionów litrów wody.

Innym aspektem zielonej infrastruktury jest uzupełnianie wód gruntowych poprzez posiadanie większej liczby obszarów miejskich, które pochłaniają wodę. Obejmuje to bardziej przepuszczalne chodniki, ogrody deszczowe specjalnie zaprojektowane do przyjmowania dodatkowej wody i po prostu posiadanie większej przestrzeni dla roślin wokół miasta, aby woda deszczowa mogła wsiąknąć w wody gruntowe. Wspomniana wcześniej analiza oszacowała, że ​​wartość tego doładowania wód podziemnych na niektórych obszarach wyniesie ponad $ 50 milionów.

Ścieki i odpady

Ścieki. Najlepszy temat zostawiłem oczywiście na koniec. Największą zmianą w infrastrukturze kanalizacyjnej w wyniku zmian klimatycznych będzie zwiększenie wydajności oczyszczalni ścieków i zwiększenie odporności całego systemu na powodzie. Obecnie w miejscach dotkniętych powodziami problem polega na tym, że systemy kanalizacyjne nie są przystosowane do przyjmowania dużej ilości wody. Oznacza to, że w przypadku powodzi ścieki są kierowane bezpośrednio do pobliskich strumieni lub rzek, albo woda powodziowa przenika do rur kanalizacyjnych i otrzymujemy coś, co nazywa się „przelew kanalizacji sanitarnej”. Nazwa jest oczywista, ale w zasadzie dzieje się tak, gdy kanały ściekowe przepływają i rozprowadzają skoncentrowane, surowe ścieki do otaczającego środowiska. Prawdopodobnie możesz sobie wyobrazić problemy, które się za tym kryją. Jeśli nie, pomyśl o wielu zanieczyszczeniach wody i wynikających z nich chorobach. Przyszła infrastruktura będzie musiała znaleźć nowe sposoby radzenia sobie z przepełnieniem i uważniej obserwować jej konserwację.

Z kolei w miejscach dotkniętych suszą krąży kilka innych koncepcji dotyczących kanalizacji. Jeden polega na całkowitym zużyciu mniejszej ilości wody w systemie, aby wykorzystać tę dodatkową wodę do innych potrzeb. Jednak wtedy musimy martwić się o stężenie ścieków, jak możemy je skutecznie oczyszczać i jak szkodliwe będą te skoncentrowane ścieki dla infrastruktury. Inną koncepcją, z którą możemy zacząć się bawić, będzie ponowne wykorzystanie wody po oczyszczeniu, dzięki czemu jakość przefiltrowanej wody będzie jeszcze ważniejsza.

Sztorm. Sporo już mówiłem o problemach związanych z wodą burzową i powodziami, więc postaram się nie powtarzać za dużo. W wykładzie pt.Przywrócenie zatoki Chesapeake do 2025 r.: czy jesteśmy na dobrej drodze?”, starszy prawnik Chesapeake Bay Foundation, Peggy Sanner, poruszył kwestię zanieczyszczenia wód opadowych, mówiąc, że jest to „jeden z największych sektorów zanieczyszczeń”. Sanner wyjaśnia, że ​​duże rozwiązanie problemu zanieczyszczenia wód burzowych idzie w parze ze sposobem, w jaki możemy ograniczyć powodzie; to znaczy mieć więcej ziemi, która może wchłonąć wodę. Mówi: „Po infiltracji do gleby spływ spowalnia, ochładza się i oczyszcza, a następnie często przedostaje się do drogi wodnej przez wody gruntowe”. Przyznaje jednak, że wdrożenie tych nowych form infrastruktury jest zwykle bardzo kosztowne i zajmuje dużo czasu. Oznacza to, że jeśli będziemy mieli szczęście, być może zobaczymy więcej tego w ciągu najbliższych 15 do 25 lat.

Marnotrawstwo. Wreszcie, mamy ogólne odpady. Miejmy nadzieję, że największą zmianą w tej części społeczeństwa będzie jej zmniejszenie. Gdy spojrzymy na statystyki, obiekty unieszkodliwiania odpadów, takie jak wysypiska śmieci, spalarnie, kompostownie, a nawet recykling na własną rękę powodują do pięciu procent emisji gazów cieplarnianych w Stanach Zjednoczonych. To może nie wydawać się dużo, ale gdy połączysz to z tym, jak wszystkie te rzeczy znalazły się w koszu (produkcja, transport i recykling), wynosi to około 42 procent emisji gazów cieplarnianych w USA.

Przy tak dużym wpływie nie ma możliwości, abyśmy byli w stanie utrzymać taką ilość odpadów bez pogorszenia zmian klimatu. Nawet po zawężeniu naszego spojrzenia i spojrzeniu na sam wpływ na infrastrukturę wydaje się to już wystarczająco złe. Mamy nadzieję, że wprowadzając wiele wyżej wymienionych rozwiązań i praktyk, ludzkość może zacząć wywierać inny wpływ: jeden na lepsze.