Электроснабжение береговой линии кажется бессмысленной затеей, но научные данные показывают, что этот подход может укрепить береговую линию на будущие поколения.

Береговая эрозия угрожает миллионам людей. Это постоянная проблема для людей, живущих на побережьях по всему миру, угрожающая не только береговой линии, но также людям и инфраструктуре вдоль них. Проще говоря, многие из наших береговых линий исчезнут.

Согласно исследованию Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии, проведенному в 2020 году, к концу этого столетия будет смыто почти 26% пляжей Земли. Традиционные решения, такие как дамбы и пополнение пляжей, могут сработать, но они обычно временные и могут быть дорогостоящими и ресурсоемкими.

Теперь может быть лучший способ. Недавнее исследование, опубликованное в Связь Земля и окружающая среда предлагает новый метод, который может революционизировать способы защиты наших береговых линий: использование электричества для создания природного цемента из морской воды.

Течения и вода

«Более 40% населения мира проживает в прибрежных районах», — сказал Алессандро Ротта Лориа из Северо-Западного университета, возглавлявший исследование. «Из-за изменения климата и повышения уровня моря эрозия представляет собой огромную угрозу для этих сообществ. Из-за разрушения инфраструктуры и потери земель эрозия причиняет ущерб на миллиарды долларов в год во всем мире».

Черпая вдохновение в морских организмах, таких как кораллы и моллюски, которые естественным образом строят прочные структуры из минералов морской воды, исследователи выяснили, можно ли применить аналогичный процесс к прибрежному песку. Их подход, известный как «электроосаждение», использует слабый электрический ток, чтобы вызвать осаждение минералов из морской воды в порах песка. Этот процесс эффективно превращает песок в природный цемент, укрепляя его и делая более устойчивым к эрозии.

«Моя цель состояла в том, чтобы разработать подход, способный изменить статус-кво в защите прибрежных зон — такой, который не требовал бы строительства защитных сооружений и мог бы цементировать морские субстраты без использования настоящего цемента», — сказал Ротта Лориа. «Применяя мягкую электрическую стимуляцию к морским грунтам, мы систематически и механически доказали, что их можно сцементировать, превращая естественно растворенные в морской воде минералы в твердые минеральные связующие — природный цемент».

Когда электрический ток подается на песок, пропитанный морской водой, он инициирует химические реакции, которые вызывают затвердевание таких минералов, как карбонат кальция и гидроксид магния. Эти минералы затем связывают частицы песка вместе, повышая прочность и стабильность песка. Регулируя силу и продолжительность электрического тока, исследователи обнаружили, что могут контролировать количество и распределение минеральных отложений, адаптируя процесс к различным условиям и потребностям.

Затвердевший песок

Когда эти минералы соединяются с песком, они склеивают частицы песка, как клей. В лаборатории этот процесс также работал с различными видами песка, такими как железные пески, которые распространены вблизи вулканов, а также кварцевые и известковые пески. Согласно исследованию, одним из неожиданных открытий стало образование гидромагнезита, минерала, который еще больше повышает прочность песка. Исследование показало, что этот новый метод может значительно повысить устойчивость песка к эрозии, превратив его в гораздо более прочный материал.

«После обработки песок выглядит как камень», — сказала Ротта Лория. «Он неподвижен и тверд, а не зернист и бессвязен. Сами минералы намного прочнее бетона, поэтому полученный песок может стать таким же прочным и твердым, как морская дамба».

Хотя минералы образуются мгновенно после подачи тока, более длительная электрическая стимуляция дает более существенные результаты.

«Мы заметили замечательные результаты всего за несколько дней стимуляции», — сказала Ротта Лория. «Тогда обработанный песок должен оставаться на месте, не требуя дальнейших вмешательств.

Альтернатива с потенциалом

Этот новый метод предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционными методами борьбы с эрозией. Во-первых, он имитирует естественные процессы, потенциально снижая воздействие на окружающую среду по сравнению с более инвазивными методами. Он также обещает стать более устойчивым и экономически эффективным решением, поскольку его могут питать возобновляемые источники энергии, и он не требует постоянного обслуживания, как другие методы.

Исследования группы показывают, что этот подход также может восстанавливать потрескавшиеся конструкции из железобетона, которые разрушаются из-за сложных эффектов повышения уровня моря, эрозии и экстремальных погодных условий. Большая часть существующей береговой инфраструктуры сделана из железобетона, и если эти конструкции треснут, новый подход исключает необходимость полного восстановления инфраструктуры. Вместо этого один импульс электричества может залечить потенциально разрушительные трещины.

«Применений этого подхода бесчисленное множество», — сказала Ротта Лория. «Мы можем использовать его для укрепления морского дна под морскими дамбами или для стабилизации песчаных дюн и сохранения нестабильных склонов почвы. Мы также могли бы использовать его для укрепления защитных сооружений, морских фундаментов и многого другого. Есть много способов применить это для защиты прибрежных территорий».