Wissenschaftler haben vor einer „stillen Gefahr“ gewarnt, die im Untergrund lauert und US-Städte wie Chicago und New York zum Einsturz bringen könnte.
Ein Team der Northwestern University nennt das neue Phänomen „unterirdischen Klimawandel“, der seiner Meinung nach durch Hitze aus unterirdischen künstlichen Strukturen wie Tunneln, Parkhäusern und Abwasserkanälen verursacht wird.
Die steigenden Temperaturen führen dazu, dass der Boden anschwillt, sich zusammenzieht, absinkt und Risse bekommt, was wiederum zu einer Verschiebung von Gebäuden an der Oberfläche führt.
Die Forscher untersuchten für die Arbeit Chicago und stellten fest, dass es seit 1951 eine Erwärmung von 5,6 Grad Fahrenheit erlebt hat und bis 2051 voraussichtlich um acht Millimeter sinken und um zwölf Millimeter anschwellen wird.
Und obwohl die Änderungen subtil sind, stellt das Team in der Studie fest, dass sie ausreichen, um die Infrastruktur und andere Abläufe an der Oberfläche zu stören.
Das Team kam zu dem Schluss, nachdem es die Temperaturen in Chicago untersucht hatte. Sie bauen ein Netzwerk von Sensoren auf, um Daten unter und über der Oberfläche zu erfassen
Alessandro F. Rotta Loria von Northwestern, der die Studie leitete, sagte in einer Erklärung: „Der Boden verformt sich aufgrund von Temperaturschwankungen, und keine bestehende Baustruktur oder Infrastruktur ist dafür ausgelegt, diesen Schwankungen standzuhalten.“
„Obwohl dieses Phänomen nicht unbedingt eine Gefahr für die Sicherheit der Menschen darstellt, wird es den normalen Alltagsbetrieb von Fundamentsystemen und der zivilen Infrastruktur insgesamt beeinträchtigen.“
Rotta Loria und sein Team installierten im Jahr 2022 ein drahtloses Netzwerk aus mehr als 150 Temperatursensoren im gesamten Chicago Loop – sowohl über als auch unter der Erde.
Diese Sensoren wurden in Kellern, U-Bahn-Tunneln, Tiefgaragen und unterirdischen Straßen wie dem Lower Wacker Drive angebracht, um Temperaturdaten in der Region zu sammeln.
Nach der Datenerfassung stellten die Forscher fest, dass die Untergrundtemperaturen unter dem Loop oft um 10 Grad wärmer sind als die Temperaturen unter Grant Park.
Die Wärme von unterirdischen künstlichen Strukturen wie Tunneln, Parkhäusern und Abwasserkanälen wird in Erdschichten abgegeben, wodurch der Boden anschwillt, sich zusammenzieht, absinkt und Risse bekommt
Das Team installierte im Jahr 2022 ein drahtloses Netzwerk aus mehr als 150 Temperatursensoren im gesamten Chicago Loop – sowohl über als auch unter der Erde
„Die Lufttemperaturen in unterirdischen Strukturen können im Vergleich zur ungestörten Bodentemperatur bis zu 25 Grad höher sein“, sagten die Forscher.
„Wenn die Wärme in Richtung Boden diffundiert, werden die Materialien, die sich bei wechselnden Temperaturen ausdehnen und zusammenziehen, erheblich beansprucht.“
Rotta Loria bezeichnete Chicago als „lebendes Labor“, weist jedoch darauf hin, dass in den meisten städtischen Gebieten wie New York City, das aufgrund des Klimawandels vor kurzem sinken sollte, unterirdische Klimaveränderungen stattfinden – der Boden sinkt und der Meeresspiegel steigt rund um das Massiv Insel.
„Alle städtischen Gebiete, die unter dem unterirdischen Klimawandel leiden, neigen dazu, Probleme mit der Infrastruktur zu haben“, sagte Rotta Loria.
Nachdem das Team Temperaturdaten in Chicago gesammelt hatte, erstellte es mithilfe dieser Informationen Simulationen, um vorherzusagen, wie sich die Temperaturen bis 2051 entwickeln werden.
Das Team nutzte die Temperaturdaten, um zu sehen, wie sie sich bis 2051 entwickeln würden, und zeigte, dass harter Ton den größten Anstieg erfahren würde
Den Simulationen zufolge können wärmere Temperaturen dazu führen, dass der Boden anschwillt und sich um bis zu zwölf Millimeter nach oben ausdehnt. Sie können auch dazu führen, dass sich der Boden unter dem Gewicht eines Gebäudes zusammenzieht und um bis zu acht Millimeter nach unten sinkt
Für das Jahr 2022 wurden Simulationen erstellt, die laut Forschern „mit den jüngsten Daten übereinstimmen, die aus dem Herzen des Untergrunds des Loops gesammelt wurden“, heißt es in der in Nature veröffentlichten Studie.
Den Simulationen zufolge können wärmere Temperaturen dazu führen, dass der Boden anschwillt und sich um bis zu zwölf Millimeter nach oben ausdehnt.
Sie können auch dazu führen, dass sich der Boden unter dem Gewicht eines Gebäudes zusammenzieht und um bis zu acht Millimeter nach unten sinkt.
Obwohl die Änderungen subtil sind, teilte das Team mit, dass sich dies auf die Betriebsleistung von Fundamenten auswirken würde, beispielsweise durch die Verschiebung von Gebäuden.
„Anhand unserer Computersimulationen haben wir gezeigt, dass Bodenverformungen so schwerwiegend sein können, dass sie zu Problemen für die Leistung der zivilen Infrastruktur führen“, sagte Rotta Loria.
„Es ist nicht so, dass ein Gebäude plötzlich einstürzt. Die Dinge sinken sehr langsam.
„Die Folgen für die Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken und Infrastrukturen können sehr schlimm sein, aber es dauert lange, bis sie sichtbar werden.“
„Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Klimawandel im Untergrund bereits zu Rissen und übermäßigen Fundamentsetzungen geführt hat, die wir nicht mit diesem Phänomen in Verbindung gebracht haben, weil wir uns dessen nicht bewusst waren.“
Das Team geht jedoch davon aus, dass der Chicago River und der Michigansee als Puffer für den beobachteten Anstieg der Bodentemperatur fungieren und so Abwärme absorbieren.
Rotta Loria stellte außerdem fest, dass der unterirdische Klimawandel wahrscheinlich keine Auswirkungen auf europäische Großstädte haben werde.
„In den Vereinigten Staaten sind die Gebäude alle relativ neu“, sagte er.
„Europäische Städte mit sehr alten Gebäuden werden anfälliger für den Klimawandel im Untergrund sein.“
„Gebäude aus Stein und Ziegeln, die auf frühere Planungs- und Baupraktiken zurückgreifen, stehen im Allgemeinen in einem sehr empfindlichen Gleichgewicht mit den Störungen, die mit den aktuellen Abläufen in Städten einhergehen.“
„Die mit unterirdischen Wärmeinseln verbundenen thermischen Störungen können sich nachteilig auf solche Bauwerke auswirken.“