Studie zeigt, dass der „unterirdische Klimawandel“ den Boden unter Gebäuden verformt

Jul 23, 2023

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Eine in Chicago durchgeführte Studie ergab, dass ein Phänomen, das Wissenschaftler als „unterirdischen Klimawandel“ bezeichnen, den Boden unter Städten verformt.

Der Studie zufolge könnte diese Landverschiebung unter städtischen Gebieten ein Problem für Gebäude und Infrastruktur darstellen und die langfristige Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit gefährden.

Der unterirdische Klimawandel, auch „unterirdische Wärmeinseln“ genannt, ist die Erwärmung des Bodens unter unseren Füßen, verursacht durch die von Gebäuden und unterirdischen Transportmitteln wie U-Bahnen abgegebene Wärme.

„Je dichter die Stadt, desto intensiver ist der unterirdische Klimawandel“, sagte der Hauptautor der Studie, Alessandro Rotta Loria, Assistenzprofessor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Northwestern University in Evanston, Illinois.

Böden, Steine ​​und Baumaterialien verformen sich, wenn sie Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Beispielsweise könne sich der Boden unter Gebäuden bei Erwärmung zusammenziehen, was zu unerwünschten Setzungen führen könne, sagte Rotta Loria.

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„Die durch den Klimawandel im Untergrund verursachten Verformungen sind von relativ geringem Ausmaß, entwickeln sich aber kontinuierlich weiter“, sagte er. „Im Laufe der Zeit können sie für die Betriebsleistung ziviler Infrastruktur wie Gebäudefundamente, Wasserstützmauern, Tunnel usw. von großer Bedeutung werden.“

Aber der unterirdische Klimawandel ist nicht dasselbe wie das, was wir als Klimawandel in der Atmosphäre betrachten, der größtenteils durch Treibhausgase verursacht wird und weitreichende Auswirkungen hat, sagte David Archer, Professor für Geophysik an der University of Chicago.

„Es als Klimawandel zu bezeichnen, scheint ein bisschen wie eine Nebensache zu sein“, sagte Archer, der nicht an der Studie beteiligt war.

Der Begriff „unterirdischer Klimawandel“ wurde für diese Studie jedoch nicht geprägt – er wird bereits seit einiger Zeit verwendet und das Phänomen ist Gegenstand der Forschung.

Der seit 25 Jahren erforschte Klimawandel im Untergrund kann zu Problemen wie Grundwasserverschmutzung oder Problemen mit U-Bahnen führen, da Gleise anfällig für Verformungen sind oder Passagiere aufgrund übermäßiger Hitze krank werden. Laut Rotta Loria seien seine Auswirkungen auf die zivile Infrastruktur jedoch bis zu dieser Studie noch nicht untersucht worden.

Die in diesem Monat in der Fachzeitschrift Communications Engineering veröffentlichte Studie wurde durch die Installation von 150 Temperatursensoren im gesamten Chicago Loop-Bezirk durchgeführt, sowohl über als auch unter der Erde und an verschiedenen Orten wie Kellern, Tunneln und Parkhäusern. Sensoren wurden auch im Grant Park am Michigansee angebracht, um die Temperaturen in einem unbebauten Gebiet zu vergleichen, in dem keine überschüssige Wärme durch Bauarbeiten oder Transport entsteht.

Die Daten wurden über einen Zeitraum von drei Jahren gesammelt und die Ergebnisse zeigten, dass der Boden unter dem Loop bis zu 10 Grad Celsius wärmer war als der Boden unter dem Park.

„Wir haben unterirdische Strukturen wie Keller gefunden, in denen die Lufttemperatur sehr hoch war“, sagte Rotta Loria. „Und die Folge davon ist, dass zumindest ein Teil der Wärme mit der Zeit in Richtung Boden diffundiert, und das ist der Ursprung des Phänomens.“

Anschließend nutzten die Forscher die Daten, um ein Computermodell des Chicago Loop zu erstellen und die Auswirkungen der steigenden Temperaturen auf den Boden von den 1950er bis 2050 zu simulieren. Sie fanden heraus, dass der Boden je nach Zusammensetzung des Bodens ungleichmäßig auf die Erwärmung reagiert und kann sich in einem Ausmaß sowohl ausdehnen als auch zusammenziehen, das für den Menschen zwar nicht wahrnehmbar ist, jedoch zu Problemen für Gebäude führen kann.

„Es ist wichtig zu betonen, dass der unterirdische Klimawandel die Sicherheit der Menschen nicht gefährdet und nicht zum Einsturz von Bauwerken und Gebäuden führt“, sagte Rotta Loria. „Es stellt eine potenzielle Herausforderung für die Funktionalität und Haltbarkeit von Bauwerken dar, da übermäßige Bodenverformungen zu Verformungen, Neigungen und möglicherweise Rissen führen können.“

Dadurch könnte Wasser leichter in rissige Strukturen eindringen und möglicherweise Korrosion in Materialien wie Stahlbeton verursachen.

„Es gibt das, was ich eine stille Gefahr nenne“, sagte Rotta Loria. „Gebäude, die anfälliger für Probleme sind, weil sie mit veralteten Ansätzen entworfen und gebaut wurden, tragen auch am meisten zum unterirdischen Klimawandel bei, weil ihnen eine angemessene Wärmedämmung fehlt und sie daher die meiste Wärme in den Boden einbringen.“

Laut Rotta Loria ist es jedoch nicht nur Untergang und Finsternis. „Diese Studie kann uns erkennen lassen, dass wir vor einer Chance stehen – wir können Maßnahmen ergreifen, und zwar auf unterschiedliche Weise“, sagte er.

Zukünftige Gebäude werden dieses Phänomen nicht wesentlich verstärken, da moderne Bautechnologien und -vorschriften eine bessere Isolierung und Energieeffizienz vorschreiben. Und für bereits bestehende Strukturen bietet das Verständnis der unterirdischen Wärme laut Rotta Loria Chancen.

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„Wir können Maßnahmen ergreifen, indem wir unterirdische Gebäudehüllen mit Wärmedämmung versehen, um die Menge an Abwärme, die in den Boden gelangt, zu minimieren“, sagte er. „Wenn es uns aber aus irgendeinem Grund nicht gelingt, die Gebäude thermisch zu isolieren, um ihre Energieeffizienz zu steigern, könnten wir zumindest geothermische Technologien unterhalb oder neben ihnen einsetzen, um die entstehende Abwärme aufzunehmen und zum Heizen und Kühlen zu nutzen. ”

David Toll, Professor für Ingenieurwissenschaften und Co-Direktor des Institute of Hazard, Risk and Resilience an der Durham University im Vereinigten Königreich, sagte, die Studie sei wichtig, da die Auswirkungen thermischer Bewegungen des Bodens unter Städten nicht im Mittelpunkt vieler Forschungsarbeiten stünden .

„Meine Schlussfolgerung aus der Studie wäre, dass wir für den Chicago Loop jetzt wissen, dass diese thermischen Bewegungen, die stattgefunden haben und die für die unmittelbare Zukunft vorhergesagt werden, nicht groß genug sind, um Anlass zur Sorge zu geben.“ Das ist eine sehr nützliche Erkenntnis“, sagte Toll, der nicht an der Forschung beteiligt war.

„Das heißt jedoch nicht, dass solche Temperaturänderungen unterhalb anderer Städte mit anderen Bodenbedingungen nicht potenziell problematisch sein könnten.“