إن تغير المناخ ليس تهديداً بعيد المنال، بل إنه يعيد بالفعل تشكيل سلامة البنية الأساسية للمعادن في جميع أنحاء العالم، ومن أحجار الفولاذ التي تُنشأ في الجسور القديمة في منتصف الغرب الأمريكي إلى واجهات الألمنيوم في السحابات الساحلية، وارتفاع درجات الحرارة، وتغير أنماط التهطال، وتزايد العواصف العنيفة، تتسارع تدهور المواد، وتحتاج المضاعفات المالية إلى تكيف مستمر:

How Climate Change Accelerates Deterioration of Metal Infrastructure

وتراعي المعادن في جوهرها الظروف البيئية، وفي حين أن الطقس الطبيعي كان دائما عاملا، فإن تغير المناخ يضاعف هذه العمليات بثلاث طرق رئيسية: عن طريق تغيير الكيمياء التآكلية، والتشديد على المواد من خلال الدورات الحرارية، وتقديم صدمات ميكانيكية من الأحداث المتطرفة.

آليات التصويب في ظل تغير المناخ

فالكوروسيون هو أكثر التهديدات انتشارا للبنية التحتية المعدنية، إذ أن ارتفاع درجات الحرارة يزيد مباشرة من معدل ردود الفعل الكهروكيميائية، إذ يمكن أن يتضاعف معدل التآكل في البيئات الرطبة بالنسبة لكل 10 درجات مئوية، كما أن ارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يؤدي أيضا إلى مزيد من مياه الأمطار الحمضية (حامض الكربون)، مما يعجل بحل طبقات أكسيد الحماية على المعادن مثل الفلزات.

وفي المناطق الساحلية، يؤدي الجمع بين ارتفاع مستويات سطح البحر وارتفاع عدد العواصف إلى زيادة الرطوبة الملحية داخل الأراضي، كما أن أيون الكرويدية شديدة الغضب من الفولاذ ويمكن أن تخترق الغطاء الخرساني، مما يؤدي إلى تآكل الحانات (الريبار) قبل وقت طويل، وقد أفادت الرابطة الوطنية لمهندسي الكورزيون بأن تكاليف التآكل في الاقتصاد العالمي قد تصل إلى نحو 2.5 تريليون دولار سنويا.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن زيادة الرطوبة وطول دورات الرطب - الشمولية في المناطق التي يؤدي فيها تغير المناخ إلى مزيد من الأمطار الغزيرة، تليها تعاويذ جافة طويلة - ظروف مثالية لتآكل الحرق والإجهاد وكسر الفولاذ اللاصق وسبيكات أخرى.

التوسع الحراري والمواد

وتزداد معدلات الوفيات عند التسخين والعقد عند التبريد، وينتج تغير المناخ تقلبات درجات الحرارة الأوسع ودرجات الحرارة المرتفعة، وتنتج مكونات الهياكل الأساسية، مثل مفاصل توسيع الجسور، وخطوط الأنابيب، وطرق السكك الحديدية، وتشهد هذه الدورات يوميا، وعلى مدى عقود، يؤدي تكرار التدوير الحراري إلى تداعيات منخفضة الدراجات، وثكنات مجهرية، وكسر في نهاية المطاف.

فعلى سبيل المثال، فإن خطوط السكك الحديدية التي تستخدم باستمرار في العديد من شبكات السكك الحديدية مصممة لنطاق حرارة محدد، وعندما تتجاوز درجات الحرارة المحيطة حدود التصميم، يمكن للمسارات أن تنحني ظاهرة " سون كينك " ، وبالمثل، فإن غرزات جسر الفولاذ في المناخ الساخن يمكن أن تعاني من الانكماش المفرط الذي لا يؤثر على نوعية ركوب المركبات فحسب بل أيضا على وصلات الضغط والوصلات.

الأحداث الجوية القاسية والأضرار المادية

ويمكن أن تتسبب الاضطرابات، والأعصار، والفيضانات الوميضية، والنيران البرية - التي تكثفت جميعها بفعل الأضرار المادية المباشرة الناجمة عن تغير المناخ على البنية الأساسية للمعادن - في أن تنجم عن ارتفاع الرياح ارتفاعات هيكلية، لا سيما على المباني الطويلة والجسور البعيدة المدى، وقد تؤدي مساحات الهضاب الأرضية إلى التسبب في فتيلات معدنية وتلوثات تتسارع التآكل.

ومن الأمثلة الملموسة على ذلك الأضرار التي لحقت بالجسور الساحلية خلال إعصار كاترينا ومؤخرا إعصار إيان، وفي كثير من الحالات، نجت الهياكل الفولاذية الخارقة من حمولات الرياح، ولكنها تعرضت للضرر الشديد بسبب التآكل بعد انقطاع المياه المالحة الذي لم يكن متوقعا في حياة التصميم الأصلية.

خصوم محددة من أصول البنية التحتية الأساسية للمعادن

ولا تواجه جميع الهياكل الأساسية المعدنية نفس المخاطر، حيث إن الشكل والمهمة والموقع الجغرافي يفرض على أكثر من غيره الإجهاد المناخي.

الجسور

وتُعد الجسور أمثلة رمزية على البنية التحتية للمعادن، وكثيرا ما تستخدم الصلب في الأشعة والصدريات والكابلات، وتُعرض للمجموعة الكاملة من الآثار المناخية، وتعتمد الجسور التي تُقام وتُعلق على كابلات الصلب العالية السلسلة التي تكون عرضة لتشريد الهيدروجين وكسر الضغط في الغلاف الجوي البحري، وتتسبب درجات الحرارة المرتفعة في زيادة الانحسار في الكابلات الباردة المعلِّقة، وتبدلات الإجهادية.

وإن انهيار جسر موراندي في جنوا، إيطاليا (2018) وفشل جسر نهر ميسيسيبي في مينيابليس (2007)، الذي يقع في مينيابليس (2007)، لم يكنا سببهما تغير المناخ مباشرة، بل يؤكدان مدى قدرة التدهور البيئي الطويل الأجل ونقص الاستثمار في الصيانة على أن يؤديا إلى كارثة، كما أن المناخ الأكثر دفئاً لن يعجل إلا بطرائق الفشل هذه.

Pipelines

إن خطوط أنابيب النفط والغاز وتوزيع المياه هي شبكات واسعة النطاق من الصلب المبلد أو الحديد الخناق أو النحاس، وقد تأثرت الأنابيب المدفنة بتآكل التربة، الذي يزيد من درجات الحرارة المرتفعة ومساحات الأمطار المرتفعة التي تشجع النشاط الميكروبي وتراكم الأنابيب المائية، وكانت خطوط الأنابيب فوق الأرض، التي كثيرا ما وجدت في منطقتين من كندا وروسيا، تواجه ضغوطا على المنتجات التي تسبب في تسويتها ورضية مختلفة.

كما يزيد تغير المناخ من تواتر موجات الحرارة القصوى، التي يمكن أن تسبب خطوط الأنابيب فوق الأرض لتوسيع نطاقها إلى ما يتجاوز دعمها، مما يؤدي إلى التغل، ويستلزم سد سوائل العمل الأكثر إثارة مواد أقوى أو جدران أكثر سميكة للحفاظ على هوامش الأمان.

المباني وأبراج تحويلها

وتعتمد المباني المرتفعة على أطار الفولاذ وعلى الخرسانة المعززة، فزيادة سرعة الرياح من العواصف الأكثر كثافة تتطلب مقاومة أقوى للحمولة الجانبية، وتشهد نظم التصفيق والسطوح الحرارية وتغلط الأمطار الدافعة للرياح، مما يؤدي إلى تآكل داخلي بين الأعضاء الهيكلية، وفي المدن الساحلية مثل ميامي ودبي، فإن مزيج الحرارة والرطوبة والرذاذ المالح هو بالفعل الذي يعوض عن ذلك عن قيام ملاك نظم البناء بـة بـة بـة بـا بـن بـا بـا بـا بـا بـا بـا ٣٠ سنة بدلا من ٥٠ سنة بدلا من ذلك.

وتعاني برج نقل السلطة - هياكل الصلب التي تكتنفها المناظر الطبيعية - من انخفاض منتظم بالعواصف الجليدية والرياح العالية، وتتوقع نماذج المناخ حدوث المزيد من حوادث الأمطار المتجمدة في خطوط العرض الشمالية والمسدسات الأكثر حدة في الولايات المتحدة الوسطى، وهذه الأبراج ضعيفة بصفة خاصة لأن أعضاءها من ذوي النسل لديهم تردد منخفض؛ وفقدان ساق يمكن أن يصمد في فشل الخط بأكمله.

الآثار الاقتصادية والأمنية للتدهور المتسارع

فالعبء الاقتصادي لتدهور البنية التحتية المعدنية الناجمة عن المناخ ثقيل، وتشمل التكاليف المباشرة إجراء إصلاحات أكثر تواترا، واستبدالها في وقت سابق، وزيادة متطلبات التفتيش، وتشمل التكاليف غير المباشرة انقطاع الخدمات، وفقدان الإنتاجية، وانخفاض قيمة الأصول، فعلى سبيل المثال، قد يتطلب جسر متآكل قيودا على الوزن تعيد مسار حركة المرور التجارية، مما يضيف ملايينا في تكاليف النقل.

بل إن آثار السلامة أكثر أهمية، فالإخفاقات الهيكلية يمكن أن تؤدي إلى فقدان الحياة، والتلوث البيئي، وتآكل الثقة العامة، وانهيار ممر المشاة في جامعة فلوريدا الدولية عام 2018، وهو حادث مأساوي ناجم عن أخطاء التصميم - يضعف مدى هشاشة الهياكل الأساسية عندما تتلاقى عوامل متعددة، وتغير المناخ بطاقة برية تستحدث أنماطاً جديدة للفشل قد لا تعالجها المدونات القائمة معالجة كاملة.

ويحيط المؤمنون علماً بذلك، فقد ارتفعت كميات كبيرة من أصول البنية التحتية في المناطق التي تنجم عنها آثار مناخية حادة، وتستبعد بعض السياسات الآن الضرر الناجم عن أحداث محددة تتصل بالمناخ، ويخلق هذا التحول ضغوطاً مالية على أصحاب الأصول للاستثمار في القدرة على مواجهة المناخ أو يواجه مخاطر لا يمكن تحملها.

Mitigation and Adaptation Strategies for Longevity

ويتطلب حماية الهياكل الأساسية للمعادن من آثار تغير المناخ نهجا متعدد الجوانب يولد العلوم المادية، والفلسفة التصميمية، وممارسات الصيانة، وإصلاح السياسات.

المواد والتدوينات المتقدمة

إن اختيار المحار المقاومة للتآكل هو خط الدفاع الأول، فالفولاذ اللاصق (مثلاً 316 لام) يوفر مقاومة أعلى لكلوريد ويستخدم بشكل متزايد في مكونات الجسر الساحلي، ويشكّل الفولاذ المائي (مثلاً، COR-TEN) طبقة ثابتة تبطئ من التآكل، ولكنها تؤدي بشكل ضعيف في بيئة الرذاذ ذات الصبغة الفوقية.

وتشمل المواد الناشئة مركبات متعددة الألياف المعززة للألياف من أجل أكوام إعادة السطوح والسفن البحرية، ومصنع ذو أداء عال مع القدرة المنخفضة على حماية الصلب المحتوي على مواد صلبة، وبالنسبة لأنابيب الأنابيب، فإن المعاطف المزودة بأجهزة غسيل مدمجة مع نظم حماية المهوهبة ما زالت هي المعيار، ولكن المعاطف الذكية الجديدة التي تكشف عن الضرر وتبلّغ عنه في طور التنمية.

Design improvements for Climate Resilience

ويجب تصميم الهياكل الأساسية في المستقبل بتوقعات المناخ - ليس فقط بيانات الأحوال الجوية التاريخية، ويعني ذلك بالنسبة للجسور رفع مستوى سطح البحر، وزيادة إزالة الألغام تحت غطاء الحد من تراكم الحطام، وتصميم مكامن الحرارة القصوى، وتحسين مفاصل التوسع، والارتطام يمكن أن يستوعب تحركات حرارية أكبر، وبالنسبة للخطوط، فإن الدفن الأعمق في المناطق المعرضة لخطر الفيضانات، واستخدام موصلات مرنة يمكن أن تحتمل تمزق الأراضي.

وتتطور مدونات البناء، وترجع معايير مدونة المباني الدولية ومعايير ASCE الآن بيانات التوقعات المناخية لسرعة الرياح وتهطالها، كما يعتمد المهندسون تصميماً قائماً على الأداء يقبل بعض الضرر في ظل الأحداث المتطرفة، ولكنه يحول دون الانهيار - وهو تحول من التفكير المحدد إلى التفكير الموجه نحو التكيف.

الصيانة المنتظمة والتفتيش المتقدم

ولا يمكن أن يحل أي قدر من التصميم القوي محل الصيانة المستمرة، فتغير المناخ يتطلب وجود ترددات تفتيش أعلى على الأصول المعرضة لتدهور معجل، ولا يكفي التفتيش البصري التقليدي مرة كل خمس سنوات؛ وينبغي للمالكين أن يعتمدوا فترات تفتيش قائمة على المخاطر ترتبط بنماذج معدل التآكل التي تتضمن الاتجاهات المحلية للمناخ.

ويمكن للطائرات التي تحمل كاميرات عالية الاستبانة والمجسات الحرارية أن تكشف عن التآكل تحت طلاء الطلاء، والأضلاع السائبة، والتشوهات الهيكلية دون تعريض المفتشين للخطر، إذ أن أجهزة الاستشعار الصوتية للانبعاثات والكابلات التي تجسّد الألياف الضوئية والتي تجسّد في الأعضاء الفولاذية توفر رصدا مستمرا للتغيرات في الكسر والإجهاد، ويمكن أن يتوقّع التحليل الذي يُّب في بيانات التفتيش اليدوية بالفشل في جميع أنحاء العالم.

Climate-Resilient Planning and Asset Management

ويجب على أصحاب الهياكل الأساسية أن يدمجوا مخاطر المناخ في تخطيط رأس المال، وهذا يعني إجراء تقييمات للضعف لكل أصل، وتقدير التدهور في المستقبل في إطار سيناريوهات مناخية متعددة، ووضع ميزانيات لاستبدال أو إعادة استخدام التكيف كما أوصت بذلك وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة ، مثلاً، عندما يُستعاض عن رصيف فولاذ ساحلي، قد يكون للصيانة المميتة للفولاذ أقل تكلفة طوال العمر.

ويمكن للشراكات بين القطاعين العام والخاص أن تمول عمليات تحسين القدرة على التكيف، وحلول البنية التحتية الخضراء - مثل شاطئ المعيشة التي تؤدي إلى الحد من تعرض الهياكل الساحلية العازلة للتآكل من جراء إجراءات الموجات - التي يمكن أن تقلل من التعرض للتآكل بالنسبة للموجودات المعدنية القريبة.

السياسات والمعايير في تغير المناخ

وتقوم الحكومات والمنظمات المهنية بتحديث المدونات والمعايير لتعكس الظروف المناخية في المستقبل، وتقوم لجنة ASCE المعنية بالتكيف مع تغير المناخ ] بإصدار توجيهات بشأن إدراج التوقعات المناخية في التصميم، وأصدرت المنظمة الدولية لتوحيد المقاييس معايير لتقييم الهياكل القائمة التي تنظر في تغير المناخ، وعلى الصعيد الوطني، تحتاج بلدان مثل هولندا إلى جميع مشاريع الهياكل الأساسية الرئيسية لإدراج اختبار للإجهاد المناخي.

وفي الولايات المتحدة، يوفر قانون الهياكل الأساسية في بيبارتاسان بلاييناً لتحسين الهياكل الأساسية، مع اشتراط أن تنظر بعض المشاريع في القدرة على مواجهة المناخ، غير أن الإنفاذ والاتساق لا يزالان يشكلان تحديات، ولا يزال العديد من إدارات النقل الحكومية والمحلية تعتمد على بيانات المناخ التي عفا عليها الزمن، مما يؤدي إلى نقص في تصميم الهياكل التي ستواجه فشلاً سابقاً.

وهناك أيضا دعوة متزايدة إلى وضع علامات إلزامية على القدرة على التكيف في الهياكل الأساسية الحيوية، على غرار التصنيفات المتعلقة بكفاءة استخدام الطاقة، بحيث يمكن للجمهور والمستثمرين تقييم المخاطر، وتدفع الجهات التنظيمية للتأمين إلى وضع خرائط أكثر دقة للمخاطر تعكس تغير المناخ، مما سيدفع بدوره إلى تلبية متطلبات هندسية أشد صرامة.

الطريق: الابتكار والتعاون

إن أثر تغير المناخ على البنية الأساسية للمعادن مشكلة معقدة لا يمكن حلها من جانب واحد، بل يتطلب التعاون عبر الهندسة المدنية، وعلم المواد، وعلم المناخ، والاقتصاد، والسياسة العامة، ويجب أن تتسارع البحوث في السبيكات الجديدة التي تقاوم التكتل الزاحفي والهدرجيني، كما أن التوأم الرقمية - الارتداد الحيوي للهياكل المادية التي تتضمن صيانة بيانات الاستشعار في الوقت الحقيقي - يمكن أن تحفز على تحقيق الحد الأمثل من المناخ في المستقبل.

كما أن التعليم يؤدي دوراً في هذا الصدد، إذ يجب أن تدمج المناهج الدراسية في المناهج الدراسية مخاطر المناخ في دورات دراسية عن المواد والتصميم الهيكلي وإدارة الأصول، كما أن برامج التدريب المهني، مثل البرامج التي تقدمها المنظمة الدولية للإحصاء والمعهد الأمريكي للمحترف، تشمل الآن وحدات عن تغير المناخ والتآكل، وكما تؤكد ] المنتدى الاقتصادي العالمي ، فإن قدرة الهياكل الأساسية على التكيف ليست مجرد مسألة تقنية بل هي ضرورة اجتماعية واقتصادية.

" لا يمكننا أن نبني طريقنا للخروج من مخاطر المناخ بأساليب القرن العشرين، ويجب تصور كل جسر جديد، وخط أنابيب، وبناء جديد في ضوء القرن الثاني والعشرين " .

وفي الختام، فإن استمرارية البنية التحتية المعدنية تتعرض لهجوم مباشر من المناخ المتغير، إذ تتسارع معدلات الكوروزون، وتزداد حدة التوتر الحراري، وتختبر الأحوال الجوية الشديدة الحدود الهيكلية، ومع ذلك، فإن نشر مواد متقدمة، وتصميم أذكى، ورصد صارم، وسياسات تطلعية، يمكن أن نوسع نطاق حياة بنيتنا الأساسية المعدنية، بل ونحسن أدائها، وتزيد تكلفة عدم اتخاذ إجراءات بعيدة عن الاستثمار في القدرة على التكيف.