W ubiegłym miesiącu prezydent Donald Trump podjął kroki, aby dotrzymać obietnicy kampanii, która zmieni istniejące ogrodzenie graniczne Stanów Zjednoczonych w „dużą, piękną” ścianę. 25 stycznia Biały Dom wydał Zarządzenie, w którym ogłosił utworzenie „bezpiecznej, ciągłej i nieprzejezdnej bariery fizycznej… w celu zapobiegania nielegalnej imigracji, handlowi narkotykami i ludźmi oraz aktom terroryzmu”. Teraz celnicy i ochrona granic w USA - biuro, którego zadaniem jest egzekwowanie przepisów granicznych - stara się, aby zamówienie to stało się rzeczywistością.
Dzisiejsze ogrodzenie składa się z około 650 mil różnych segmentów, wykonanych z połączenia stalowych słupków i szyn, metalowej blachy, ogniwa łańcucha, betonowych barier dla pojazdów i siatki drucianej. Zastąpienie tego ogrodzenia czymś, co zostało opisane jako betonowa konstrukcja o długości od 20 do 50 stóp, która przemierzy 1000 z około 2000 mil od granicy USA z Meksykiem, nie będzie łatwym zadaniem. Oprócz radzenia sobie z proponowanym meksykańskim procesem sądowym i poruszania się po prywatnej własności większości ziem Teksasu, istnieje jeszcze jeden problem, którym niewielu szczegółowo się zajmowało: geologia.
W porównaniu do budowy marmurowego pałacu lub kościoła z wysokimi wieżami wznoszenie muru może wydawać się stosunkowo proste. To nie jest (Wystarczy zapytać Chińczyków, których budowę zajęło 2000 lat i nie udało im się powstrzymać najeźdźców.) Chociaż większość projektów ścian jest dość prosta, budowniczowie muszą dostosować się do szerokiego zakresu terenów, wyjaśnia Gary Clendenin, starszy hydrogeolog w ICF. Sama południowa granica Stanów Zjednoczonych zawiera pustynię, tereny podmokłe, łąki, rzeki, góry i lasy, z których wszystkie stwarzają bardzo różne problemy dla budowniczych.
„Długość tej rzeczy stanowi wyzwanie, którego zwykle nie podejmuje się w projekcie budowlanym” - mówi Clendenin.
Czy można pokonać te przeszkody? Smithsonian.com zapytał dwóch naukowców, geofizyka i hydrogeologa, jakie czynniki geologiczne powinni wziąć pod uwagę budowniczowie muru, jeśli chcą zrealizować ten ambitny projekt.
Około 650 mil różnych odcinków ogrodzenia stoi wzdłuż prawie 2000 milowej granicy między USA i Meksykiem. Wiele segmentów, takich jak ten pokazany powyżej, nadal umożliwia komunikację przez granicę. (Brian Auer / Alamy Zdjęcie stockowe) Przegląd sytuacji
Wieża w Pizie nigdy nie miała się pochylać. Zbudowana w latach 1173–1370, odważna konstrukcja została ustawiona na około 30 stóp drobnych osadów rzecznych pod warstwą starożytnej gliny morskiej. Ale gdy budowniczowie zgromadzili tony marmuru, osady rzeczne nie zrównoważyły się. Tak więc do 1178 roku, kiedy zakończyli prace nad trzecią kondygnacją, wieża nabrała już charakterystycznego przechyłu.
Od tego czasu włoski rząd wydał miliony dolarów, aby upewnić się, że ten ukochany punkt orientacyjny się nie przewróci. Takie awarie strukturalne przypominają, że chociaż naszym przodkom udało się wznieść wiele imponujących wyczynów, „niekoniecznie muszą być wyprostowani”, słowami geofizyka polowego Mika McKinnon. Aby dziś uniknąć takich problemów, współcześni budowniczowie dodali ważny krok do procesu budowy: ankiety. Ten etap, choć czasochłonny, ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia, że uzyskana struktura może pozostać na terra firmy przez wiele lat.
Przed ułożeniem jednego klocka zespoły naukowców zbierają się na scenie, aby zbadać litanię szczegółów, od głębokości podłoża skalnego po chemię gleby. W przypadku ściany granicznej musieliby przejść całą długość proponowanej ścieżki, pracując w segmentach, aby ocenić region, zebrać dane, opracować plany. (Ta konieczność sprawia, że proces wznoszenia ścian - zwłaszcza tych obejmujących tysiące mil - jest trudniejszy niż budowa, powiedzmy, 95-piętrowego wieżowca.)
„Szczerze mówiąc, zajęłoby to lata”, mówi Clendenin, który specjalizuje się w projektach liniowych, takich jak koleje i drogi. McKinnon się zgadza. Jeden projekt, nad którym pracowała, trzy kilometrowy odcinek rurociągu, jest teraz w piątym roku badań terenowych.
Wydaje się jednak, że zamówienie Trumpa zajmuje jedynie sześć miesięcy na wszystkie badania i planowanie. W ramach długiej listy wymaganych kroków jego zarządzenie stanowi:
„Opracuj kompleksowe badanie bezpieczeństwa granicy południowej, które ma zostać zakończone w ciągu 180 dni od tego zamówienia, które obejmie obecny stan bezpieczeństwa granicy południowej, wszystkie aspekty geofizyczne i topograficzne granicy południowej, dostępność granicy federalnej i stanowej zasoby niezbędne do uzyskania pełnej kontroli operacyjnej granicy południowej oraz strategia uzyskania i utrzymania pełnej kontroli operacyjnej granicy południowej. ”
Po skontaktowaniu się z Smithsonian.com agencja celna i graniczna odmówiła komentarza na temat aktualnego harmonogramu na ścianie, mówiąc w e-mailu, że „spekulacją byłoby odpowiedzieć na pytania, które zadajesz w tym momencie”. do naukowców, z którymi rozmawiał Smithsonian.com, wkrótce nie wzrośnie.
…
Dotarcie do podłoża skalnego
Prehistoryczne miasto Petra stanowi doskonały przykład starożytnej prognozy geologicznej. Około IV wieku przed naszą erą mieszkańcy Petry wyrzeźbili podwaliny pod niegdyś tętniące życiem miasto handlowe bezpośrednio na nierównych różowych i jasnobrązowych skałach z piaskowca między Morzem Czerwonym a Morzem Martwym. Choć wiatry i deszcz groziły erozją konstrukcji od góry do dołu, jej silne zakorzenienie w podłożu skalnym - litej skale leżącej pod luźnymi warstwami ziemi - utrzymywało tę konstrukcję przez tysiące lat.
Takie uziemienie w skale jest kluczową cechą przy budowie megastruktury, mówi McKinnon. W przypadku czegoś tak rozległego jak ściana o długości 1000 mil, która wznosi się na wysokość ponad 20 stóp, budowniczowie będą musieli zakotwiczyć całą rzecz pod powierzchnią do leżącej pod nią skały, jeśli chcą, aby pozostała pionowo.
Problem polega na tym, że dotarcie do podłoża skalnego może być kłopotliwe. Wielkie połacie granicy składają się z grubej warstwy luźnych osadów - ziemi, ziemi, piasku - leżących na skale. W niektórych regionach podstawa znajduje się setki, jeśli nie tysiące stóp w dół. „W niektórych miejscach podstawa będzie zbyt głęboka - nigdy nie będziesz w stanie dotrzeć do niej w przystępny sposób”, mówi McKinnon.
„W porządku, jeśli chcesz [zbudować] mały dom, ponieważ po prostu ma on unoszący się na fundamencie” - dodaje.
Ale jeśli budujesz megastrukturę, „masz problem”, mówi.
Ogrodzenie graniczne biegnące przez wydmy Algodones w Kalifornii ma specjalną konstrukcję, aby pomieścić stale zmieniające się środowisko wydm. Wąskie, 15-metrowe słupy „unoszą się” nad piaskiem i można je przesuwać w pionie w miarę przesuwania się wydm. (Patrol graniczny Stanów Zjednoczonych, Departament Bezpieczeństwa Wewnętrznego) Nie oznacza to, że budowanie na piasku jest niemożliwe. Aby jednak bezpiecznie wznieść takie konstrukcje, geofizyki przeprowadzają dziś szeroko zakrojone badania sejsmiczne, aby zobrazować to, co leży pod nimi. Aby stworzyć te zdjęcia, instalują rzędy geofonów przypominających kolce, które są mikrofonami 3D, które wykrywają drobne drgania gruntu, przekształcając je w sygnał elektryczny. Następnie wydają duży hałas, często wywołując eksplozję lub używając ciężaru do uderzenia w ziemię. Geofony rejestrują rozproszenie i odbicie wibracji w celu zobrazowania podziemnych struktur i eliminują problemy, które mogą leżeć pod powierzchnią.
McKinnon doświadczył jednego z tych problemów z pierwszej ręki, podczas budowy tamy hydroelektrycznej, która miała być zbudowana w poprzek doliny rozciągającej się około mili. Zespół przeprowadził wszystkie właściwe badania regionu i odkrył, że pod ich korytem rzeki leżał drugi kanał zakopany w ziemi. „Gdybyśmy go nie znaleźli i próbowali zbudować naszą zaporę, woda po prostu erodowałaby ten stary kanał pod nią i mielibyśmy rzekę pod naszą tamą”, mówi.
Istnieją dwie możliwości przezwyciężenia takich problemów z osadami: zagęścić osad i dodać głębszy fundament. Clendenin mówi, że dla ściany o wysokości około 20 stóp fundament powinien rozciągać się na sześć do ośmiu stóp pod powierzchnią. Wszystkie te kroki są kosztowne i czasochłonne. Ale oszczędzaj na każdym z nich i „dostaniesz swoją sytuację w Krzywej Wieży w Pizie”, mówi McKinnon.
Oczywiście wiele współczesnych regionów nie ma zasobów gospodarczych na takie badania i budowę głębokich fundamentów. Miasta Kampania we Włoszech zbudowane są na luźnych osadach, które są podatne na zsuwanie się - sytuacja pogorszyła się przez lokalne wycinanie roślinności i nieuregulowaną konstrukcję, która zwykle nie ma odpowiednich fundamentów. Czynniki te sprawiają, że są podatni na kaprysy geologii regionu: w 1998 r., Kiedy lawina błotna przetoczyła się przez miasto, domy runęły pod ciężarem i ruchem szlamu, pozostawiając co najmniej 95 martwych.
...
Dramat brudu
„Jest coś, co nie kocha muru / Który powoduje, że pod nim zamarzła ziemia”, zaczyna się wiersz Roberta Frosta „Naprawiać ścianę”. Mróz mógł nie być geologiem, ale miał jedną rację: jeśli chodzi o budowanie ścian, obrzęk gleby jest poważnym bólem głowy. Właśnie dlatego, gdy geodeci skończą oceniać rodzaj skały i ziemi, którą będą budować, zaczynają badać ziemię.
Osady, szczególnie w materiałach bogatych w glinę, mogą przyjmować wodę, pęczniejąc jak gąbka w misce z wodą. Powstałe cykle pęcznienia i obkurczania podczas okresów mokrych i suchych mogą powodować pękanie samego fundamentu konstrukcji. Tego rodzaju gleby są powszechne w wielu stanach, w których zostanie zbudowana ściana graniczna, w tym w Teksasie i części Nowego Meksyku. W rzeczywistości około połowa amerykańskich domów jest zbudowana na glebach, które znacznie się rozszerzają, a prawie połowa z nich co roku szkodzi z powodu gleby, według American Society of Civil Engineers.
Brud może również pochłonąć system wsparcia ściany. McKinnon twierdzi, że gleby naturalnie kwaśne lub o wysokim poziomie chlorków mogą szybko degradować metale bogate w żelazo. Te gleby mogą „skorodować każdy, powiedzmy, ładny, duży metalowy pręt zbrojeniowy, który wkładasz tam, aby ustabilizować swój fundament”, mówi. Inne gleby mają wysoką zawartość siarczanów, związku występującego w zwykłym gipsie mineralnym, który rozkłada zarówno metale, jak i beton. Gleby bogate w siarczany są powszechne w tak zwanych glebach Trans-Pecos wzdłuż granicy w południowo-zachodniej części Teksasu.
Utrzymanie tak długiej struktury jest trudne. I nawet jeśli taka ściana może zostać wzniesiona, wielkość budżetu niezbędnego do jej utrzymania pozostaje niejasna. (Kevin Foy / Alamy Zdjęcie stockowe) „Spotkasz setki, jeśli nie tysiące różnych rodzajów gleb wzdłuż [tak długiej] ścieżki liniowej”, mówi Clendenin. (W rzeczywistości w samym Teksasie istnieje ponad 1300 rodzajów gleby.) I wiele z tych gleb nie będzie odpowiednim typem do budowy na nich. W tym momencie niedoszli budowniczowie ścian mają dwie możliwości: poświęć więcej czasu i pieniędzy na wykopywanie istniejących gleb i zastąpienie ich lepszymi zabrudzeniami - lub całkowicie unikaj regionu.
Jedną rzeczą, której nie zawsze mogą uniknąć, są regiony zagrożone trzęsieniami ziemi i powodziami. Rzeki biegną wzdłuż znacznej części granicy amerykańsko-meksykańskiej, co może stwarzać bardzo realne niebezpieczeństwo powodzi. Budowanie w sąsiedztwie rzek może również powodować nieoczekiwane problemy prawne: traktat z 1970 r. Wymaga wycofania ogrodzenia od rzeki Rio Grande, która wyznacza granicę Teksas-Meksyk. Z tego powodu obecne ogrodzenie przecina własność właściciela ziemskiego w Teksasie i ma luki, które pozwalają właścicielom ziemskim przejść.
Trzęsienia ziemi są również stosunkowo częste w zachodnich Stanach Zjednoczonych. W zależności od wersji niektóre z tych wstrząsów mogą powodować pęknięcia lub pęknięcia w ścianie, mówi McKinnon. Jednym z przykładów jest trzęsienie ziemi o sile 7, 2, które miało miejsce w 2010 r. W pobliżu granicy kalifornijsko-meksykańskiej, według Austina Elliotta, doktora habilitowanego na Uniwersytecie Oksfordzkim, którego badania koncentrują się na historii trzęsień ziemi. „Gdyby w El Centinela [góra w północnym Meksyku była ściana], zostałaby ona odsunięta”, pisze Elliott na Twitterze.
…
Nawet jeśli wszystkie właściwe ankiety zostaną wypełnione, a pola zaznaczone, sukces nie jest gwarantowany. „Jest tak wiele rzeczy, które trzeba zrobić, zanim zdążysz odgarnąć pierwszą gałkę ziemi” - mówi Clendenin.
Pomimo wszystkich naszych nowoczesnych narzędzi geodezyjnych i starannego planowania, Ziemia nadal Cię zaskoczy, dodaje McKinnon. „Ta część, która według ciebie była nudna, prosta i łatwa do przewidzenia, jest w rzeczywistości całkowicie skomplikowana”, mówi. „Spójrz na każde większe wykopanie pod system metra, każdą większą konstrukcję mostu, każdy duży kompleks wież; wszyscy mieli wcześniej intensywne ankiety, rozległe fazy projektowania i wciąż musieli modyfikować podczas budowy. ”
Po ogłoszeniu zarządzenia wykonawczego Trumpa McKinnon zabrał na Twittera, pozostawiając złowrogie przypomnienie o konsekwencjach niedoceniania Ziemi. „Ziemia nie wybacza niechlujstwa” - napisała. W wywiadzie dodała: „Ignoruj geologię na własne ryzyko”.
