BM: Tương lai buồn của những công trình xây trên băng tan

Nằm cao trên vùng núi non Trung cộng, một con đường đơn độc ngoằn ngoèo chạy đến Tây Tạng.

Chạy hơn một nghìn km, đường cao tốc Thanh Hải - Tây Tạng có lúc vận chuyển 85% tất cả hàng hóa ra vào khu vực. Nhưng nó được xây dựng trên cát trôi. Hay đúng hơn là đất tan chảy.

Lớp băng vĩnh cửu dưới đường cao tốc đang tan, khiến địa hình bị chùng xuống. Điều này lại làm cong và méo mó con đường. Một số đoạn đường cao tốc hiện loang lổ những vết nứt lớn ở lớp nhựa. Ở những nơi khác, mặt đường trở nên gợn sóng và bất thường, cong vênh khi đất bên dưới sụp xuống.

Công trình bị hư hại

Các nhà nghiên cứu ở Trung cộng, vốn nghiên cứu những thay đổi này trong suốt một thời gian qua, lưu ý rằng tốc độ tan băng vĩnh cửu đang gia tăng và tốc độ hư hại tích lũy trên đường cao tốc này và các con đường khác cũng vậy.

Một nghiên cứu công bố vào tháng 4 năm 2020 cho biết những người chịu trách nhiệm xây dựng và bảo dưỡng đường sá ở những khu vực đóng băng vĩnh cửu ở vùng này phải đối mặt 'những thách thức kỹ thuật đáng kể' khi băng tan ngày càng trầm trọng hơn trong vòng 100 năm tới. Các kỹ sư đường sắt cũng sẽ phải đối mặt những vấn đề tương tự.

Đường cao tốc Thanh Hải - Tây Tạng đang đối diện với các thách thức dài hạn: nguy cơ lún nền

Ở vùng này - và nhiều vùng khí hậu lạnh khác - lớp băng vĩnh cửu tồn tại hàng nghìn năm nay đang dần bị lòng đất ấm thấm hút. Các tòa nhà, đường sá, đường sắt và đường ống xây dựng ở những khu vực này ngày càng đối diện nguy cơ hư hại.

Lớp băng vĩnh cửu tan gây nguy hiểm cho toàn thế giới, vì nó lưu trữ một lượng lớn carbon có thể thải ra khí quyển. Nhưng trong ngắn hạn, chính những người dân sống ở những khu vực này sẽ cảm nhận tác động đầu tiên vì hiện tượng ấm lên diễn ra nhanh hơn ở vùng núi và vùng Bắc Cực.

Trong nhiều thế kỷ, dân bản địa sống ở các vùng lạnh giá có thể thích ứng với khí hậu. Nhưng khi xã hội công nghiệp hóa lan đến những nơi xa xôi này, họ tìm cách làm chủ vùng hoang dã Bắc Cực với sắt thép và bê tông.

Thật không may, công nghiệp hóa cũng thúc đẩy quá trình biến đổi khí hậu diễn ra nhanh hơn, khiến mùa đông trở nên ấm hơn ở những vùng này.

Danh sách các công trình và tòa nhà được biết là bị hư hại do lớp băng vĩnh cửu rất dài và đa dạng. Có thể kể đến các bức tường ở các lô căn hộ ở thành phố Yakutsk của Nga, hiện đang nứt toác. Các đường ống ở Nga và các nước khác có nguy cơ bị vỡ do đất dịch chuyển, có khả năng gây sự cố tràn dầu thảm khốc. Hoặc hãy xem nhà thờ Đức Mẹ Chiến thắng ở Inuvik, thuộc Lãnh thổ Tây Bắc Canada, nơi các vị giáo sĩ đã chứng kiến công trình bị cong vênh trong nhiều năm khi mặt đất bên dưới chuồi xuống.

Giờ đây, các kỹ sư phải tính đến những dao động nguy hiểm của chỗ từng là nền đất rắn. Để làm vậy, họ phải nghĩ ra những cách làm sáng tạo để làm mát đất bên dưới, để cố gắng cứu các công trình của con người trước sự tan băng ồ ạt gây chao đảo.

Guy Doré đã nhận thấy các hiệu ứng tại chỗ đối với bản thân. Những vết nứt dài trên lớp nhựa đường có thể mở rộng đến mức có thể đặt vừa chân vào khe hở.

Doré, thuộc Đại học Laval ở Canada, đã nghiên cứu tác động của tan băng vĩnh cửu đối với cơ sở hạ tầng trong nhiều năm. "Những vấn đề rất lớn," ông nói và cho biết khoảng một nửa trong số 3.000 - 4.000km đường xây dựng ở các khu vực đóng băng vĩnh cửu ở Canada có nguy mất ổn định do băng tan.

"Chúng ta đang nói đến hàng triệu đô la chi phí bảo trì bổ sung ở những khu vực không có nhiều nguồn lực."

Sụt lún đất do băng vĩnh cửu tan là một quá trình diễn ra từ từ, chậm chạp. Nếu một đoạn nhựa đường bị nứt, bạn không thể chỉ đắp lại và để đó. Khi mặt đất tiếp tục biến dạng, đoạn đường đó sẽ lại bị hư hại, có lẽ chỉ một năm sau đó.

Kỹ thuật khắc phục

Khi người ta xây đường ở những khu vực biệt lập này ngay từ đầu, họ đã nghĩ đến chuyện tình trạng băng tan trong lòng đất có thể đe dọa sự ổn định của con đường, Doré cho biết.

Chính vì vậy, các kỹ sư hồi giữa Thế kỷ 20 thường trải sỏi trên mặt đất nhiều băng trước khi xây đường ở trên. Lớp sỏi này có tác dụng cách nhiệt với mặt đất bên dưới, khiến lớp băng vĩnh cửu dâng lên cao hơn, ổn định địa hình. Nhưng ở một số nơi, lớp đệm này đã không còn hiệu quả vì quá nhiều băng đã tan.

"Chúng ta đang ở điểm mà sự suy thoái đang diễn ra trong lớp băng vĩnh cửu cũ, vốn không bao giờ tan," Doré nói.

Cảnh sụt lún bên rìa đường cao tốc Alaska ở Yukon

Biến đổi khí hậu có thể là nhân tố chính dẫn đến những biến đổi này, nhưng đó không phải là yếu tố duy nhất. Lớp nhựa đường sẫm màu sử dụng trong nhiều con đường hấp thụ nhiệt từ Mặt Trời và tỏa xuống mặt đất bên dưới, làm băng càng tan nhanh hơn.

Thiệt hại có xu hướng xảy ra cục bộ. Chẳng hạn, cho đến nay, khoảng 20% đường cao tốc Thanh Hải - Tây Tạng đã bị hư hại do lún nền đất, trong khi phần còn lại vẫn tương đối ổn định.

Các tòa nhà, mặc dù quy mô nhỏ hơn nhiều, cũng gặp nguy hiểm. Theo New York Times, lớp băng vĩnh cửu tan chảy đã dẫn đến sụt lún và hư hại cho khoảng 1.000 tòa nhà ở thành phố Yakutsk của Nga. Với dân số 280.000 người, đó là thành phố lớn nhất thế giới xây ở nơi đóng băng vĩnh cửu.

Điều tương tự đã xảy ra ở Svalbard, quần đảo thuộc Na Uy nằm giữa Na Uy và Bắc Cực. Hàng trăm ngôi nhà ở đó đã bị giật sập trong những năm gần đây vì chúng được xây trên nền gỗ mà giờ trở nên không ổn định trên nền đất cong vênh. Không may là nỗi đau đầu đó có vẻ sẽ trầm trọng hơn theo thời gian.

Vào năm 2020, các nhà nghiên cứu địa phương đã ghi nhận mùa hè ấm nhất ở Svalbard kể từ khi bắt đầu có dữ liệu. "Chúng tôi đã chứng kiến sự tan chảy chưa từng thấy ở các sông băng và lớp băng vĩnh cửu," nhà khoa học vùng cực Kim Holmén tại Viện Địa cực Na Uy nói.

Có thể làm chậm tác động lên các tòa nhà bằng cách xây nền móng chắc chắn hơn hoặc cải thiện hệ thống thông gió dưới công trình.

Chẳng hạn, ở một số thị trấn của Nga, khoảng một phần ba cho đến một nửa số tòa nhà được cho là đã bị hư hại tích tụ lại do mất lớp băng vĩnh cửu - nhưng có những thiệt hại lẽ ra đã có thể được ngăn chặn bằng cách duy tu tốt hơn trong những năm qua.

Một ước tính được công bố vào năm 2018 cho biết 1/3 cơ sở hạ tầng xây dựng ở Bắc Cực có nguy cơ bị hư hại do băng vĩnh cửu trong những năm tới.

Thách thức

Nhà thờ Our Lady of Victory tại Inuvik được thiết kế thông minh, nhưng đang gặp vấn đề khi nền đất đang tan băng

Ở miền bắc Canada, có một công trình cho thấy việc giảm thiểu những áp lực này khó khăn thế nào.

Nhà thờ Đức Mẹ Chiến thắng ở thị trấn nhỏ Inuvik được xây dựng theo hình lều tuyết igloo từ cách đây 50 năm. Nhà truyền giáo giám sát xây dựng nhà thờ sau đó đã giải thích rằng hình dạng hình trụ của nhà thờ là để lan tỏa lại áp lực từ mặt đất khi nó đóng băng và tan băng theo thời gian.

Nhà thờ cũng nằm trên một tấm bê tông cứng có hình dạng chiếc dĩa khổng lồ, với lớp sỏi bên dưới. Điều này bảo vệ nhà thờ trước tình trạng băng vĩnh cửu làm vênh mặt đất trong quá khứ, nhưng khi băng vĩnh cửu mất đi ngày càng nhiều, nhà thờ giờ đây đã bắt đầu nghiêng - giống như con thuyền đáy bê tông đang từ từ lao mình trên mặt đất chuyển động.

Jon Hansen, Giám mục Công giáo của Giáo phận Mackenzie-Fort Smith, biết rõ về nhà thờ.

Ông đã từng là mục sư ở đó và bây giờ nhà thờ là một phần của giáo phận của ông.

Ông cho biết đĩa làm nền đã bắt đầu nứt, mặt sàn hiện nay dốc không đều và ở một số chỗ đã trồi lên chắn các cửa. Tình hình tồi tệ đến mức nhân viên phải điều chỉnh các cánh cửa bên trong hàng năm, để ngăn chúng dính chặt vào khung.

"Nhà thờ vẫn còn sử dụng được nhưng nó có một tương lai bất định," Hansen nói.

Ông nói thêm rằng ông nghĩ nhiệt độ ấm lên đã khiến lớp băng vĩnh cửu tan, nhưng các vấn đề của nhà thờ có thể trở nên trầm trọng hơn do tình trạng xây dựng gia tăng gần đó. Nhiều công trình hơn đồng nghĩa với mặt đất ít có khả năng hạ nhiệt hơn.

Trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, các nhân viên nhà thờ đã tìm hiểu các cách điều chỉnh cấu trúc công trình để làm cho nó có khả năng chống lún tốt hơn, chẳng hạn như thay thế các cột gỗ đỡ tòa nhà bằng các cột thép có thể điều chỉnh.

Họ cũng đã bắt đầu thông gió cho khoang hầm dưới sàn nhà, phía trên nền bê tông, để giữ cho mặt đất bên dưới càng lạnh càng tốt. Các nhà nghiên cứu tại chỗ đang theo dõi những biện pháp can thiệp này để xem chúng có hiệu quả hay không.

Hansen cho biết thiết kế của nhà thờ là minh chứng cho sự tài tình của những người tiên phong ở Bắc Cực thời kỳ đầu, nhưng cũng là lời cảnh báo về mức độ thay đổi của khí hậu toàn cầu.

Theo Hansen, trên lý thuyết có thể lắp đặt công nghệ làm mặt đất đóng băng trở lại và ổn định toà nhà này, nhưng điều đó, Hansen nói, vượt quá ngân sách của nhà thờ.

Ở những nơi khác ở Bắc Cực, các công ty có tiềm lực mạnh đang chuyển sang công nghệ để giữ cho mặt đất luôn đóng băng và ổn định. Chẳng hạn như một số công ty dầu mỏ lắp đặt các ống có tên gọi là ống thoát nhiệt để cho phép nhiệt thoát ra khỏi mặt đất và giữ cho nó lạnh, để lớp đất đỡ đường ống không bị xê dịch đủ để gây tổn hại cho sự toàn vẹn của chúng.

Trong số các công ty sử dụng phương pháp này là ConocoPhillips. Theo công ty, các thiết bị này chứa một chất lỏng lưu thông thụ động, đưa nhiệt từ lòng đất lên bề mặt rồi sau đó tản ra.

Hệ thống đường ống xuyên Alaska dài 1.300 km sử dụng hơn 124.000 thiết bị.

Doré và các đồng nghiệp của ông đã dành nhiều năm để tìm hiểu tính hiệu quả của nhiều kỹ thuật khác được thiết kế để giữ cho mặt đất mát mẻ trước nhiệt độ toàn cầu tăng cao. Một cách tiếp cận đơn giản là xây dựng kè đường bằng cách sử dụng đá nằm cách nhau khoảng cách đáng kể. Các khoảng trống đóng vai trò là lỗ chân lông, giúp nhiệt thoát ra bề mặt.

Các thử nghiệm dọc theo Xa lộ Alaska từ năm 2008 đến năm 2011 đã cho biết làm cách nào điều này có thể giữ cho lớp băng vĩnh cửu đóng băng quanh năm. Các biện pháp khác như sử dụng vật liệu làm đường sáng màu và che chắn kè đường bằng mái gỗ cũng có thể giảm thiểu tác động của hiện tượng nóng lên.

Ở quy mô lớn, bất kỳ kỹ thuật nào trong số này đều đòi hỏi tiền bạc và nỗ lực đáng kể, có nghĩa là chúng không phải lúc nào cũng là lựa chọn khả thi cho các nhà làm đường.

Trên Cao nguyên Tây Tạng, nhiều phương pháp sáng tạo đã được áp dụng. Dọc theo đường cao tốc Cộng hòa - Ngọc Thụ uốn lượn băng qua lớp băng vĩnh cửu ở phía đông đường cao tốc Thanh Hải - Tây Tạng, các lớp đá lỗ chỗ và ống thông gió cho phép không khí mang nhiệt từ bên dưới đường lên bề mặt, làm mát mặt đất.

Doré cho biết đôi khi ông nghe mọi người nói hư hại do băng vĩnh cửu suy thoái sẽ không còn là vấn đề lâu nữa, bởi vì lớp băng vĩnh cửu ở những khu vực này sẽ sớm tan biến hết, để lại mặt đất vĩnh viễn.

Nhưng lớp băng vĩnh cửu thực sự tan chảy chậm vô cùng. "Chúng ta sẽ không thấy băng vĩnh cửu biến mất trong 30 năm tới," ông nói.

Trên thực tế, các vấn đề kỹ thuật liên quan đến băng tan có thể sẽ tiếp tục trong 100 năm tới. Và, trước những hậu quả do biến đổi khí hậu nhanh chóng và băng vĩnh cửu tan hết, đó là ngày mà không ai muốn thấy.

Chris Baraniuk