محققان با برق‌دادن شن و ماسه برای جلوگیری از فرسایش ساحلی 'سیمان طبیعی' را تولید کردند
تغییرات اقلیمی و افزایش سطح آب دریاها در حال ایجاد خرابی در مناطق ساحلی در سراسر جهان است.
فرسایش به تهدیدی دائمی تبدیل شده است، ساحل‌ها را فرسایش می‌دهد، زیرساخت‌ها را آسیب می‌زند و سالانه میلیاردها دلار هزینه به دنبال دارد. در واقع، مطالعات پیش‌بینی می‌کنند که تا پایان قرن نزدیک به ۲۶٪ از ساحل‌های جهان ممکن است ناپدید شوند.
محققان دانشگاه نورث‌وسترن یک راه‌حل پایدار جدید برای مقابله با این مشکل توسعه داده‌اند.
نویسنده اصلی، الساندرو روتا لوریا، به مهندسی جالب (IE) گفت که 'کمبود رویکردهای پایدار و کارآمد برای کاهش فرسایش ساحلی' انگیزه این مطالعه بود.
احساس از فرآیندهای طبیعی که توسط کلام‌ها و صدف‌های دریایی برای ساخت پوسته‌هایشان استفاده می‌شود، آن‌ها روشی ابداع کرده‌اند که سواحل دریایی را تقویت می‌کند. این روش جریان برقی ملایم را به خاک‌های دریایی اعمال می‌کند.
پژوهشگران امیدوارند که این رویکرد بتواند راه‌حلی پایدار، مقرون‌به‌صرفه و دوستدار محیط زیست برای تقویت سواحل جهانی ارائه دهد.
چگونه کار می‌کند
کلام‌ها و صدف‌های دریایی از مواد معدنی حل شده در آب دریا برای ساخت پوسته‌های قوی خود استفاده می‌کنند.
به طور مشابه، محققان از مواد معدنی طبیعی موجود در میان شن و ماسه خیس شده با آب دریا استفاده کرده‌اند تا سیمان طبیعی بین دانه‌های شن و ماسه تشکیل دهند.
برای این کار، آن‌ها از انرژی الکتریکی برای شروع فرآیند شیمیایی استفاده کردند.
آب دریا به طور طبیعی غنی از طیفی از یون‌ها و مواد معدنی حل شده است. بنابراین، یک جریان الکتریکی معتدل (۲ تا ۳ ولت) می‌تواند واکنش‌های شیمیایی در آب دریا ایجاد کند. برق ظرفیت تبدیل برخی از ترکیبات آن را به کلسیم کربنات جامد، همان ماده‌ای که برای ساخت پوسته‌های نرم‌تنان استفاده می‌شود، دارد.
با ولتاژ بالاتر ۴ ولت، این ترکیبات می‌توانند به هیدروکسید منیزیم و هیدرومانسیت تبدیل شوند — یک ماده معدنی معمولی که در انواع سنگ‌ها یافت می‌شود.
در حضور شن و ماسه، این مواد معدنی به هم می‌پیوندند و ذرات شن را به هم می‌چسبانند.
روتا لوریا در بیانیه مطبوعاتی گفت: 'با اعمال تحریک الکتریکی ملایم به خاک‌های دریایی، به طور سیستماتیک و مکانیکی ثابت کردیم که این امکان وجود دارد که آن‌ها را سیمان کنیم و مواد معدنی حل شده طبیعی در آب دریا را به مواد معدنی جامد تبدیل کنیم — یک سیمان طبیعی.'
این به این معناست که شن و ماسه از ذرات دانه‌ای و شل به یک جامد سنگی و غیرقابل حرکت تبدیل می‌شود. باهم می‌توانند یک 'دیوار دریایی' قوی تشکیل دهند، محافظت از سواحل و اموال برای دهه‌ها.
تیم نشان داد که این فرآیند با انواع مختلف شن و ماسه، از شن‌های سیلیس رایج و کر‌کلی تا شن‌های آهنی، مؤثر بوده است.
روش از حیات دریایی محافظت می‌کند
لوریا اعلام کرد که هیچ خطر آسیبی به حیات دریایی وجود ندارد چراکه ولتاژهای استفاده شده در فرآیند خیلی ضعیف‌اند که احساس شوند.
لوریا به IE گفت: 'با تغییر جریان‌های الکتریکی اعمال شده، امکان دستیابی به کمترین تأثیرات بر محیط زیست وجود دارد. همچنین، رویکردهایی که از همان فرآیند معدنی استفاده می‌کنند، به مدت دهه‌ها برای رشد دو‌ر یعنی این روش برخلاف روش‌های سنتی مانند ساخت دیوارهای دریایی یا تزریق سیمان به زمین، گزینه‌ای پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
محاسبات نشان می‌دهد که هزینه سیمان الکتریکی یک متر مکعب زمین بین ۳ تا ۶ دلار است.
لوریا افزود: 'ما در حال کار برای توسعه تعدادی از فناوری‌ها هستیم که امکان استفاده در مقیاس وسیع را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، استفاده از ژئوتکستایل‌های رسانای الکتریکی که می‌تواند بر روی توده‌های ناپایدار خاک دریایی برای پایدارسازی آن‌ها استفاده شود.'
'مراحل بعدی این پژوهش شامل بررسی عمیق‌تر تعدادی از سوالات بنیادی علمی و در عین حال شروع به مقیاس‌بندی این فناوری است.'
این یافته‌ها در مجله ارتباطات زمین و محیط زیست منتشر شده است.
