海平面上升怎麼辦?科學家們試圖控制海沙的運動,以重建海岸線

2020-12-06 寰宇科學新觀察

由於全球變暖導致海平面在持續上升,包括印度洋的馬爾地夫在內的許多島國正面臨著生存的威脅,在未來幾十年內這些地區可能會被海水淹沒。世界各國的科學家們都在想方設法拯救這些地區,一方面減緩全球變暖,另一方面試圖重塑這些地區的海岸線以阻擋海水。

來自美國麻省理工學院建築系的斯凱勒·蒂比茨(Skylar Tibbits)領導的一組研究人員正在測試如何利用大自然自身的力量,來幫助維護和重建受海平面上升威脅的島嶼的海岸線。

世界上約40%的人口生活在未來幾十年受到海平面上升威脅的沿海地區,但卻鮮有行之有效的應對措施。一些人建議修建隔離牆,疏浚海岸線以重建海岸線,或者建造漂浮城市以逃避不可避免的後果,但尋找更好的方法的工作仍在繼續。

麻省理工學院的研究小組是應馬爾地夫的Invena組織邀請成立的,該小組曾看到研究人員在海岸線自我重建方面的研究工作,並希望就解決海平面上升問題的解決方案進行合作。由此產生的項目目前已顯示出有希望的初步成果,僅4個月就沉積了大約0.5米的局部積砂。

當研究人員第一次訪問馬爾地夫時,他們被帶到一個剛剛形成的沙洲。令人難以置信的是,在短短幾個月的時間裡,他們看到了沙洲的大小,長約100米,寬約20米,超過1米厚,完全是由大自然自己建造的。

根據海洋自身的力量,這些沙洲在一年中的不同時間出現和消失。當地科學家稱,他們將如何與海洋合作,種植植被以擴大島嶼或改變其形狀。這些通過沙土自組織來自然和協作地擴大陸地面積的方法,與人類從深海疏浚沙土形成了鮮明對比,後者也被用於填海造島。在疏浚一個島嶼所需的相同時間內,研究人員通過衛星圖像觀察到三個不同的沙洲形成。

研究人員開始意識到,如果我們能夠理解為什麼沙洲是自然形成的,並利用這種自組織的自然現象,那麼疏浚造成的能源、時間、金錢、勞動力和對海洋環境的破壞可能會停止。實驗室和野外實驗的目標是測試沙洲形成的原因,並將其轉化為促進沙洲在戰略位置積聚的機制。通過與海洋的自然力量合作,可以促進沙結構的自我組織,以發展島嶼和重建海灘。這是解決海平面上升問題的一種可持續辦法,最終可以擴大到世界上許多沿海地區。

研究人員與馬爾地夫的合作者一起,正在設計、測試、建造和部署潛水設備,這些設備僅基於其與海浪和洋流的幾何關係,促進特定區域的泥沙堆積。在第一次實地實驗中,研究人員用重型帆布製作了漏鬥,縫在一起形成了精確的斜坡幾何形狀。在第二次現場試驗中,研究人員從數百個實驗室試驗中選擇了最好的設計,並用土工織物膜製作了它們。

在這兩個實驗中,研究人員用沙子填充漏鬥,使其重量下降,然後將其淹沒在水下。在下一個野外實驗中,研究人員試圖讓漏鬥下沉或漂浮,並能迅速移動或展開。每個實驗都試圖使製造和安裝過程儘可能簡單和可擴展。

研究人員正在測試的最簡單的機制是一個斜坡狀的幾何結構,它位於海底,垂直上升到水面。當水流過斜坡頂部時,會在另一側產生湍流,將沙子和水混合,然後產生泥沙輸移。沙子開始在斜坡的背面堆積,不斷地堆積在上面。研究人員已經測試了許多其他幾何體,它們試圖最小化環繞效應,或者將聚集集中在特定區域,研究人員正在繼續尋找最佳幾何體。

在許多方面,它們表現為自然深度變化、礁結構或火山巖建造,在促進砂體堆積方面也可能發揮類似的作用。最終的目標是創建這些幾何圖形的適應性版本,當季節變化或風暴增加時,這些幾何圖形可以很容易地移動、重新定向或部署。

通過最新的野外試驗,研究人員收集了圖像和物理測量數據來分析沙粒堆積。現在我們可以看到,自去年11月以來,在大約20米乘30米的區域內,大約有半米的新砂堆積。在大約四個月內,大約有300立方米的泥沙堆積。這些是有希望的早期成果,是一項長期倡議的一部分,最終的目標是在馬爾地夫和世界各地的其他地方繼續試驗這些辦法。

希望科學家們能夠取得進一步的突破,讓馬爾地夫等受海平面上升威脅的島嶼在未來幾十年內能繼續留存。但這始終是一個治標不治本的辦法,最有效的仍然是遏制全球變暖,阻止海平面上升。

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