全世界都在为暖化引发的各种极端气候做各种适应准备,其中海平面上升与极端风暴正在侵蚀沿海地区,传统方法需要耗费巨资,兴建堤防、架高地面,或是最坏情况下让搬迁社区,但往往碍于时间与资金而进度缓慢,遇到自然灾害总是措手不及。现在美国科学家想到一个解决方案,只要电流就可以自然强化海砂,让沙滩自然成为坚固的海岸防线。
美国国家海洋暨大气总署 (NOAA) 高级沿海灾害专家表示,全球海平面正在上升,原因是海洋温度升高,导致海水膨胀,然后是冰川,主要是大型国内冰川的影响。全球四成人口聚集在沿海城市,美国也是一样,根据 NOAA 的预测,到 2050 年,美国海岸线的海平面预计将平均上升 20 厘米以上,相当于 1920 年至 2020 年的成长总量。
然而,面对气候变迁和海平面上升,以及愈来愈强烈的风暴,沿海工程师几乎没有办法解决沿岸侵蚀问题,他们只会建造海堤,或是波浪冲走海滩砂石之后,就用卡车运来更多沙子,这两种方法的效果都不会超过几年。注入塑胶或其他物质来帮助固结松散的沙子,则会对环境产生有害影响。
灵感来自贝类
美国科学家从蛤蜊和贻贝等海洋生物中汲取灵感,这种生物会自然利用海水中溶解的矿物质来形成贝壳。科学家发现,只要对浸有海水的沙子施加温和的电流,引发化学反应,就可将天然存在的矿物质,转化为固体碳酸钙、氢氧化镁或水菱镁矿,等于在沙粒之间形成天然水泥。
实验室实验显示各种类型的砂子,包括普通硅砂、钙质砂和铁砂都有很好的结果。研究指出,只需向沙子和海水混合物施加 4 伏特电压,持续 28 天就会引发矿化。强度测试显示,新形成的岩石强度约为混凝土的十分之一,但海岸线已足够抵御侵蚀的力量。这种方法可以用来加固海岸线房屋下方的地基,也可以用来修复现有混凝土结构中的一些裂缝。
环境与经济成本都很低
矿化方法使用的电压很低,因此海洋生物感觉不到。比起传统方法,成本也很低,研究表示,每立方米处理过的地面,电固结制程的成本约为 3 至 6 美元,而相同体积的传统黏结技术的成本可能高达 70 美元。此外,这种方法也可逆,在需要时可以溶解凝固的沙子。
目前的缓解沿岸遭受侵蚀的策略,例如建造海堤或打入水泥成本很高,且可能对环境造成破坏,也无法持久,年久失修后容易倒塌,禁不起海水的冲击。这项只以电流打造天然水泥的新技术,可以以最低的成本或对生态系统影响最小的的情况下解决这些难题,目前研究团队现在进行实地测试,进一步验证该技术在现实条件下的有效性。该研究已刊登在《通讯地球与环境》期刊。