Tepelné ostrovy se vyskytují pod městy

Během léta mohou být města ve srovnání s okolními venkovskými oblastmi opravdu horká – stačí se podívat na New Orleans a New York City ve srovnání s blízkými oblastmi s méně nepropustnými povrchy. K tomuto efektu městského tepelného ostrova dochází proto, že budovy a další infrastruktura absorbují a znovu vydávají sluneční teplo více než přírodní krajiny. Denní teploty v městských oblastech mohou skončit o 1 až 7 stupňů Fahrenheita vyšší než v odlehlých oblastech.

Ale nejen povrchové a vzduchové teploty mohou stoupat – ohřívá se i zem. Rostoucí teplota vzduchu v kombinaci s účinky lidské činnosti a infrastruktury může způsobit podpovrchové tepelné ostrovy pod městskými oblastmi. Na tuto „podzemní klimatickou změnu“ má vliv i vnitřní vytápění a provoz spotřebičů v budovách, které vhánějí teplo do země.

[Related: A new climate report finally highlights the importance of our decisions.]

Vzhledem k tomu, že půdy, skály a stavební materiály se mohou deformovat, když jsou vystaveny změnám teploty, byla zveřejněna nedávná studie Komunikační inženýrství snažil se posoudit, zda podpovrchové tepelné ostrovy mohou způsobit zemní deformace, které by ovlivnily výkonnost civilní infrastruktury.

„Výsledky této studie potvrzují, že zemní deformace způsobené podzemními klimatickými změnami mohou být dostatečně velké na to, aby ovlivnily každodenní funkci a dlouhodobou životnost civilních staveb a infrastruktur,“ říká Alessandro Rotta Loria, autor studie a odborný asistent stavebního a environmentálního inženýrství na Northwestern University.

Potenciálně nadměrné úhlové zkreslení, naklonění a/nebo praskání konstrukčních prvků může ovlivnit estetické a provozní požadavky infrastruktury. Naštěstí tyto změny nemusí nutně představovat dopad na jejich výkon a neohrožují bezpečnost lidí, říká Rotta Loria.

Jak podzemní klimatické změny ovlivňují půdu

Extrémní změny podzemních teplot pod infrastrukturou nebo v její blízkosti vyvolávají teplotní gradienty, které mohou podporovat pohyb vody v pórech. Vysychání a smáčení půdy je zodpovědné za napětí a deformace, které mohou způsobit poškození struktur, říká Claudia Zapata, geoinženýrka a docentka na School of Sustainable Engineering and the Built Environment na Arizona State University.

„Ačkoli to není nový problém, se kterým se geotechnici musí vypořádat, delší období vysokých teplot může podpořit výraznější změny v obsahu vlhkosti,“ říká Zapata. „Nenasycený stav se rozšíří do hlubších oblastí a způsobí větší deformace, než jaké povolují stavební předpisy.“

Dopad obecně souvisí mimo jiné s typem půdy a rozsahem vysychání nebo zamokření. Například písčité materiály nejsou tak náchylné k velkým deformacím za podmínek klimatických změn, na rozdíl od jílovitých půd, říká Zapata.

Při analýze potenciálního dopadu staveb Rotta Loria říká, že je třeba vzít v úvahu odlišné rysy různých měst a jejich infrastruktury. Starší a hustší města mohou obecně zažívat intenzivnější podzemní klimatické změny, což se může promítnout do výraznějších dopadů na civilní infrastrukturu.

[Related: Why some climate change adaptations just make things worse.]

„Velká města jako New York City, která jsou hustě zastavěná a bohatá na podzemní stavby a zdroje tepla, vykazují obzvláště intenzivní podzemní klimatické změny,“ říká Rotta Loria. „Z tohoto důvodu mohou být tato města z dlouhodobého hlediska zvláště náchylná ke strukturálním a infrastrukturním provozním problémům.“

Pozemní deformace způsobené podzemními klimatickými změnami se vyvíjejí pomalu, ale nepřetržitě, proto by měly být v příštích letech zmírněny, aby se předešlo nežádoucím vlivům na civilní stavby a infrastruktury, dodává.

Zmírnění podzemních klimatických změn v oteplujícím se světě

Podzemní změna klimatu představuje příležitost pro urbanisty a tvůrce politik „zlepšit udržitelnost městských oblastí po celém světě,“ říká Rotta Loria.

Například aplikace tepelné izolace na obálky a pláště podzemních budov může minimalizovat množství odpadního tepla, které by bylo vháněno do země. Velkou možností je také instalace mělkých geotermálních technologií k absorbování alespoň části tepla ze sklepů, parkovacích garáží a tunelů za účelem jeho opětovného využití v budovách a infrastrukturách pro vytápění prostor a výrobu teplé vody.

[Related: Urban sprawl defines unsustainable cities, but it can be undone.]

Studie z roku 2022 zveřejněná v Příroda komunikace řekl, že recyklace podpovrchového tepla, které se akumuluje v důsledku změny klimatu a urbanizace, je udržitelnou alternativou ke konvenčním metodám vytápění prostor pro různá místa. Recyklace podpovrchového tepla umožňuje těžit z oteplování klimatu a zároveň pomáhá společnosti přejít na nízkouhlíkové hospodářství.

Rotta Loria říká, že modernizační zásahy zaměřené na zvýšení energetické účinnosti a geotermální zařízení k opětovnému využití podpovrchového odpadního tepla jsou „dvě konkrétní a relativně jednoduché strategie zmírnění“, které by bránily podzemním klimatickým změnám a jejich dopadům na civilní infrastrukturu v oteplujícím se světě. Se všemi dopady, které změna klimatu má a brzy bude mít na města, je nejlepší jednat dříve než později.