Forskere studerer klimaændringernes indvirkning på jordbunden ved militære installationer

Vi går over det, køre over det og bygge videre på det.

Endnu, det er nok sikkert at sige, de fleste af os tænker sjældent på jorden under vores fødder.

Under græsset, beton, asfalt og andre materialer i vores byggede miljø, imidlertid, jord giver struktur og stabilitet for det, der ligger ovenfor.

Det amerikanske militær ønsker at forstå den rolle, klimaet påvirker, såsom oversvømmelser, stormflod eller havniveaustigning, vil have på jord på sine kystmilitære baser og faciliteter, som er afgørende for den nationale sikkerhed.

Jordbundsforhold kan påvirke integriteten af ​​jorden, der understøtter bygninger, veje, broer og meget mere. For eksempel, hvis en jords pH-værdi skulle stige betydeligt, på grund af øget saltindhold-holdige ioner såsom natrium fra stormflod, det kunne skabe saltholdige forhold, der kunne hæmme jordens evne til at understøtte denne nødvendige infrastruktur.

Forståelse af disse trusler vil muliggøre hurtigere og mere præcis routing og manøvredygtighed for amerikanske styrker.

Delaware Environmental Institute (DENIN) samarbejder med Engineer Research and Development Center (ERDC) fra US Army Corps of Engineers og Louisiana State University for at forstå, hvordan sårbare militære installationer langs kyster kan blive påvirket af jordbundsændringer på grund af havniveaustigning og kystnære oversvømmelser.

DENIN har modtaget 3,79 millioner dollars i første- og andetårsfinansiering fra det amerikanske forsvarsministerium for at starte dette arbejde, og er berettiget til yderligere 3,82 millioner dollars i fortsat finansiering i de følgende to år. Anført af DENIN -direktør Don Sparks, Unidel S. Hallock du Pont Formand for jord- og miljøkemi i UD's afdeling for plante- og jordvidenskab, UD-indsatsen omfatter tværfagligt samarbejde med Yan Jin, Edward F. og Elizabeth Goodman Rosenberg professor i plante- og jordvidenskab, og Chris Meehan, en professor i Institut for Civil- og Miljøteknik og direktør for Delaware Center for Transportation.

I særdeleshed, Sparks sagde, der mangler information om, hvad der vil ske, når jord, der ikke er saltholdig i øjeblikket, pludselig bliver salt. Det er et vigtigt spørgsmål, som en rapport fra 2011 fra National Academy of Sciences anslår, at en stigning på 3 fod i havniveauet vil påvirke 128 amerikanske DOD-faciliteter beliggende på eller nær en kyst.

"Der har været meget arbejde på jord, der allerede er salt i vest, i områder som Arizona, dele af Californien og Utah. Der vides mindre om jord, der ikke allerede er saltvand, og hvad der vil ske, hvis de udsættes for igangværende eller gentagne oversvømmelser fra havvand, " sagde Sparks. "En af de ting, vi ønsker at gøre i dette projekt, er at indsamle en masse data om kystjord, inklusive dem ved amerikanske militærinstallationer, gennem intensiv overvågning af nøgleparametre på udvalgte marksteder."

Baseret på disse data, forskerne vil indsamle jordprøver fra lokaliteterne og udsætte dem for forskellige oversvømmelses- og saltindholdsregimer i laboratoriet for at få en mere detaljeret forståelse af de mekanismer, der påvirker jord fysisk, kemisk og biologisk.

Disse data vil tillade DOD, især ERDC, at bygge sofistikerede geospatiale og modelleringsværktøjer for at forstå, hvad man kan forvente under forskellige scenarier og forhold.

For eksempel, hvis jordbundsændringer sker under vejbaner eller landingsbaner på US Air Force-baser, hvordan påvirker dette mobiliteten af ​​soldater og udstyr fra tanks til lastbiler, eller adgang til materialer, der rutinemæssigt flyttes til og fra en militærbase? Oplysningerne kan være nyttige for ikke-militære beslutningstagere, også, i det akademiske, regering, erhvervsliv og almennyttige sektorer.

I nogle områder af Texas og i vest, jorde med høje niveauer af natrium svulmer, når de bliver våde og krymper efterfølgende, når de bliver tørre. Hvis du nogensinde har trådt forsigtigt over et ujævnt fortov, du har måske set denne jordskifte fra første hånd.

"Du kan forestille dig, hvilken effekt dette ville have på ting som fundamenter af bygninger, " han sagde.

Forskerne vil bruge mange instrumenter på tre forskningssteder langs østkysten og Golfkysten til løbende overvågning over de næste mange år. To af de langsigtede undersøgelsessteder vil blive placeret i Delaware og Louisiana, da begge er kyststater. Et tredje sted vil sandsynligvis være placeret ved et større militæranlæg ved Atlanterhavet eller Gulfkysten, der har oplevet en række oversvømmelser i de seneste år på grund af orkaner.

UD-teamet vil indsamle jord- og vandprøver og data efter forskellige oversvømmelser eller ekstreme vejrhændelser for at hjælpe dem med at forstå, hvad der sker på feltniveau for at reproducere disse forhold i laboratorieforsøg.

Gnister vil fokusere på at forstå de jordkemiændringer, der forekommer under forskellige saltholdighedsniveauer, og da iltforholdene varierer fra oksisk (iltrigt) til iltfattigt (alvorligt iltfattigt). Feltmålinger vil gøre det muligt for Sparks-teamet at oprette et mikrokosmos i laboratoriet for at udforske, hvordan elementært calcium, natrium- og kulstofkredsløbsændringer forekommer både i opløsning og på jordens faste stoffer som reaktion på en række oxiske og anoxiske forhold og pH. Sådanne data vil være nyttige til at vurdere konsekvenserne for jordens egenskaber under forskellige oversvømmelses- og saltholdighedsregimer, som kan påvirke militær infrastruktur.

I mellemtiden, Jin, en jordfysiker, vil se på virkningerne af disse ændringer på jordens fysiske og hydrologiske egenskaber og processer. Dette kan omfatte at studere, hvordan jordkrympning eller hævelse opstår som reaktion på øget natrium eller calcium, og om dette ændrer måden, hvorpå vandet tilbageholdes, hvordan vand strømmer eller transporteres gennem jorden, som alle kan påvirke jordens økologiske funktion og militære operationer.

Civilingeniør Chris Meehan vil bruge disse data til bedre at forstå, hvordan jordens fysiske og mekaniske adfærd ændrer sig som reaktion på havniveaustigning og saltvandsindtrængen i jorden. Fokusområder vil omfatte ændringer i jordens styrke og jordens kompressibilitet eller ændringer i den måde, vandet strømmer ind i og gennem jorden på. Disse egenskaber er af særlig betydning, fordi de har en stærk effekt på konstruerede strukturer, der er bygget oven på jorden, såsom fortove, bygninger eller broer. For miljøforurenede steder, de kan også påvirke forurenende stoffers adfærd og bevægelse i undergrunden.

UD bachelor- og kandidatstuderende og postdoktorale forskere vil spille en aktiv rolle i arbejdet, opnå felt- og laboratorieerfaring, designe eksperimenter og interagere med partnerinstitutionskolleger med forskellige ekspertiseområder.

Louisiana State University bringer supplerende ekspertise i modellering og forståelse af økosystempåvirkninger af oversvømmelser. Specifikt, LSU-forskere er interesserede i, hvordan jordens form, kendt som geomorfologi, vil blive ændret i kystmilitære omgivelser.

Sparks deler deres bekymring. Grænseområder som marsk, der adskiller kystlinjer fra indre områder, hvor topografiske ændringer er ganske vigtige. Hyppig eller vedvarende oversvømmelse fra saltvand, for eksempel, kan ændre økosystemets evne til at understøtte vegetation, åbner døren til andre ændringer længere inde i landet.

Mens folk ikke altid relaterer disse klimapåvirkninger til national sikkerhed, Sparks sagde, at disse spørgsmål er forbundet. De indsamlede data vil danne et klarere billede af, hvad der kommer, giver de amerikanske væbnede styrker mulighed for at planlægge fremad, uanset hvor der vil være militære installationer eller bevægelse af soldater.

Som kyststat, Delaware er modtagelig for de klimapåvirkninger, der undersøges, herunder stigning i havoverfladen og oversvømmelser. Derudover Delaware er hjemsted for et stort militæranlæg - Dover Air Force Base. Disse faktorer gør Delaware til et ideelt sted at stille den slags spørgsmål. UD's ekspertise inden for jordbundsvidenskab, vandressourcer og anden miljøforskning, og fremragende kernefaciliteter, såsom dem i Patrick T. Harker Interdisciplinary Science and Engineering Laboratory, gør UD- og DENIN-forskere særligt egnede til at besvare dem.

"I Delaware, vi har ikke kun oversvømmelserne, men der er nedsynkning, eller land synker, såvel. Dette er vigtigt, hvor du har installationer, " sagde Sparks. "Vil dette forårsage yderligere ændringer i hele landformen, som kan påvirke militære operationer? Det er nogle af de spørgsmål, vi håber at få svar på."