В прошлом месяце президент Дональд Трамп предпринял шаги, чтобы выполнить обещание кампании превратить существующий пограничный забор США в «большую, красивую» стену. 25 января Белый дом издал Распоряжение, объявляющее о создании «безопасного, непрерывного и непроходимого физического барьера… для предотвращения нелегальной иммиграции, торговли наркотиками и людьми, а также актов терроризма». Теперь Таможня и охрана границ США - Офис, которому поручено обеспечивать соблюдение пограничных правил, пытается сделать этот приказ конкретной реальностью.
Сегодняшний забор состоит из примерно 650 миль разрозненных сегментов, состоящих из комбинации стальных опор и рельсов, металлического листа, звена цепи, бетонных транспортных барьеров и проволочной сетки. Заменить это ограждение так называемым бетонным сооружением высотой от 20 до 50 футов, которое будет пересекать 1000 из 2000 миль границы США с Мексикой, будет нелегким делом. Помимо рассмотрения предлагаемого мексиканского судебного процесса и рассмотрения частной собственности на большую часть земель Техаса, есть еще одна проблема, которую немногие подробно рассмотрели: геология.
По сравнению со строительством мраморного дворца или церкви с высокими ступенями, возведение стены может показаться относительно простым. Это не так. (Просто спросите китайцев, чья Великая стена построила 2000 лет и не смогла удержать захватчиков.) Хотя большинство конструкций стен довольно просты, строители должны адаптироваться к широкому кругу территорий, объясняет Гари Кленденин, старший гидрогеолог в ICF. Одна только южная граница США содержит пустыни, водно-болотные угодья, луга, реки, горы и леса - все это создает совершенно разные проблемы для строителей.
«Длина этой вещи представляет собой проблемы, которые обычно не предпринимаются в строительном проекте», - говорит Кленденин.
Можно ли преодолеть эти препятствия? Smithsonian.com спросил двух ученых, геофизика и гидрогеолога, какие геологические факторы должны учитывать строители стены, если они хотят выполнить этот амбициозный проект.
Около 650 миль разрозненных участков забора стоят вдоль почти 2000-мильной границы между США и Мексикой. Многие сегменты, такие как изображенный выше, все еще позволяют некоторую связь через границу. (Брайан Ауэр / Алами фото) Изучение ситуации
Пизанская башня никогда не должна была наклоняться. Построенная между 1173 и 1370 годами, сооружение, расположенное вдали от берега, было расположено на вершине примерно 30 футов мелких речных отложений, подстилаемых слоем древней морской глины. Но когда строители собирали тонны мрамора, речные отложения не уплотнялись равномерно. Таким образом, к 1178 году, когда они закончили работу над третьим этажом, башня уже приобрела свой характерный наклон.
С тех пор итальянское правительство потратило миллионы долларов, чтобы этот любимый ориентир не опрокинулся. Такие структурные неудачи служат напоминанием о том, что, хотя нашим предкам удалось успешно совершить много впечатляющих подвигов, «они не обязательно остаются в вертикальном положении», как сказал полевой геофизик Мика Маккиннон. Чтобы обойти такие проблемы сегодня, современные строители добавили важный шаг в строительный процесс: геодезия. Хотя этот этап отнимает много времени, он имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы полученная структура могла оставаться на терра-фирме еще долгие годы.
До того, как был заложен один кирпич, группы ученых собираются на сцене, чтобы исследовать множество деталей, от глубины почвы до химии почвы. В случае пограничной стены им пришлось бы пересекать всю длину предполагаемого пути, работая в сегментах для оценки региона, сбора данных, разработки планов. (Эта необходимость делает процесс возведения стен, особенно тех, которые охватывают тысячи миль, более сложным, чем строительство, скажем, 95-этажного небоскреба.)
«Честно говоря, на это уйдут годы», - говорит Кленденин, который специализируется на линейных проектах, таких как железные и автомобильные дороги. Маккиннон соглашается. Один проект, над которым она работала, трехмильный отрезок трубопровода, сейчас находится на пятом году полевых исследований.
Тем не менее, приказ Трампа, по-видимому, предусматривает всего шесть месяцев на все работы по геодезии и планированию. В его длинном списке необходимых шагов, его распоряжение гласит:
«Подготовить комплексное исследование безопасности южной границы, которое должно быть завершено в течение 180 дней после принятия этого приказа, которое должно включать текущее состояние безопасности южной границы, все геофизические и топографические аспекты южной границы, наличие федеральных и государственных ресурсы, необходимые для обеспечения полного оперативного контроля над южной границей, и стратегия получения и поддержания полного оперативного контроля над южной границей ».
При обращении в Smithsonian.com агентство по таможенному и пограничному контролю отказалось комментировать текущие сроки для стены, заявив в электронном письме, что «было бы умозрительно ответить на вопросы, которые вы задаете на данный момент». Но согласно ученым, с которыми говорил Smithsonian.com, в ближайшее время не будет.
...
Как добраться до скалы
Доисторический город Петра является ярким примером древнего геологического предвидения. Около 4-го века до нашей эры жители Петры высекли основу этого некогда шумного торгового города прямо на скалистых скалах из розового и коричневого песчаника между Красным морем и Мертвым морем. Хотя ветры и дождь угрожали разрушить конструкцию сверху вниз, ее прочное укоренение в коренной породе - твердой скале, лежащей под рыхлыми слоями земли, - удерживало эту конструкцию на высоком уровне в течение тысяч лет.
Такое заземление в коренной породе является ключевой особенностью при создании мегаструктуры, говорит Маккиннон. Для чего-то столь же обширного, как стена в 1000 миль, высотой более 20 футов, строители должны будут прикрепить все это под поверхностью к подстилающей скале, если они хотят, чтобы она оставалась в вертикальном положении.
Проблема в том, что добраться до коренной породы может быть непросто. Огромные полосы границы имеют огромный слой рыхлых отложений - грязь, почва, песок - лежащих на скале. В некоторых регионах скала составляет сотни, если не тысячи футов вниз. «В некоторых местах коренная порода будет слишком глубокой - вы никогда не сможете достичь коренной породы доступным способом», - говорит Маккиннон.
«Это нормально, если вы хотите [построить] крошечный дом, потому что он просто плавает на его фундаменте», - добавляет она.
Но если вы строите мегаструктуру, «у вас есть проблема», говорит она.
Ограждение, которое проходит через песчаные дюны Альгодонес в Калифорнии, имеет специальную конструкцию, позволяющую приспособиться к постоянно меняющимся условиям дюн. Узкие 15-футовые столбики "плавают" над песком и могут перемещаться по вертикали при смене дюн. (Пограничный патруль США, Департамент внутренней безопасности) Это не значит, что строить на песке невозможно. Но для безопасного возведения таких сооружений геофизики сегодня проводят обширные сейсмические исследования, чтобы выяснить, что находится под ними. Чтобы создать эти снимки, они устанавливают ряды геофонов в форме шипов, которые представляют собой трехмерные микрофоны, которые обнаруживают незначительные колебания земли, превращая их в электрический сигнал. Затем они издают сильный шум, часто вызывая взрыв или используя тяжелый груз, чтобы ударить землю. Геофоны регистрируют рассеяние и отражение вибраций для изображения подземных структур и выявляют проблемы, которые могут лежать под поверхностью.
Маккиннон столкнулся с одной из этих проблем не понаслышке, во время строительства гидроэлектростанции, которая должна была быть построена через долину, протянувшуюся примерно на милю. Команда провела все необходимые обследования региона и обнаружила, что под руслом реки лежал второй канал, закопанный в грязи. «Если бы мы не нашли его и попытались построить нашу плотину, то вода бы просто разрушила этот старый канал под нами, и у нас была бы река под нашей плотиной», - говорит она.
Есть два варианта преодоления таких проблем с осадком: уплотните осадок и добавьте более глубокое основание. По словам Кленденина, для стены высотой около 20 футов фундамент должен простираться на шесть-восемь футов под поверхностью. Все эти шаги дороги и трудоемки. Но экономьте на любом из них, и «вы получите ситуацию с Пизанской башней», - говорит Маккиннон.
Конечно, многие современные регионы не имеют экономических ресурсов для проведения таких исследований и строительства глубоких фундаментов. Города Кампания, Италия, построены на рыхлых отложениях, склонных к скольжению - ситуация усугубляется местными вырубками растительности и нерегулируемым строительством, которое обычно не имеет адекватных фундаментов. Эти факторы делают их уязвимыми для капризов геологии их региона: в 1998 году, когда по городу расползлась грязевая оползень, дома рухнули под тяжестью и движением ила, в результате чего погибло по меньшей мере 95 человек.
...
Грязная Драма
«Есть что-то такое, что не любит стену / Это вызывает волну мерзлого грунта под ней», - начинается стихотворение Роберта Фроста «Восстанавливающаяся стена». Мороз, возможно, не был геологом, но он понял одно правильно: когда дело доходит до стен здания, набухание почвы - главная головная боль. Вот почему после того, как геодезисты закончат оценивать вид камней и земли, которые они будут строить, они начнут изучать грязь.
Отложения, особенно в материалах, богатых глиной, могут поглощать воду, набухая, как губка в миске с водой. В результате циклы набухания и сжатия во время влажного и сухого периодов могут разрушить саму основу конструкций. И эти типы почв распространены во многих штатах, где будет построена пограничная стена, включая Техас и некоторые районы Нью-Мексико. На самом деле, по данным Американского общества инженеров-строителей, около половины американских домов построены на почвах, которые значительно расширяются, и почти половина из них ежегодно страдает от почв из-за почвы.
Грязь также может съесть систему поддержки стены. Маккиннон говорит, что почвы, которые являются естественно кислыми или имеют высокий уровень хлоридов, могут быстро разлагать металлы, богатые железом. Эти почвы могут «разъесть любую, скажем, хорошую большую металлическую арматуру, которую вы кладете туда, чтобы стабилизировать фундамент», - говорит она. В других почвах содержится большое количество сульфатов - соединения, которое содержится в обычном минеральном гипсе и разрушает как металлы, так и бетон. Почвы с высоким содержанием сульфатов распространены в так называемых транс-пекосских почвах вдоль границы в юго-западном рукаве Техаса.
Содержание такой длинной конструкции - сложная задача. И даже если такую стену можно построить, размер бюджета, необходимый для ее поддержания, остается неясным. (Кевин Фой / Алами фото) «Вы столкнетесь с сотнями, если не тысячами различных типов почв вдоль [такого длинного] линейного пути», - говорит Кленденин. (На самом деле, в одном только Техасе насчитывается более 1300 видов почвы.) И многие из этих почв не будут подходящим типом для строительства на вершине. На этом этапе потенциальные строители стен имеют два варианта: тратить больше времени и денег на раскопки существующих почв и замену их лучшей грязью - или вообще избегать региона.
Однако одной вещью, которую они не всегда могут избежать, являются регионы, подверженные риску землетрясений и наводнений. Реки протекают вдоль значительной части границы между США и Мексикой, что может создать очень реальную опасность наводнения. Строительство, прилегающее к рекам, может также представлять неожиданные юридические проблемы: договор 1970 года требует, чтобы забор был установлен обратно от реки Рио-Гранде, которая очерчивает границу Техаса и Мексики. Из-за этого текущий забор пересекает собственность помещика Техаса и имеет пробелы, чтобы позволить землевладельцам проходить.
По словам Маккиннона, землетрясения также относительно распространены на западе США. В зависимости от конструкции, некоторые из этих толчков могут вызвать трещины или разрывы в стене. Одним из примеров является землетрясение магнитудой 7, 2, которое произошло в 2010 году у границы между Калифорнией и Мексикой, по словам Остина Эллиота, аспиранта Оксфордского университета, чьи исследования направлены на историю землетрясений. «Если бы была стена в Эль Сентинеле (гора в северной Мексике), она была бы возмещена», - пишет Эллиотт в Твиттере.
...
Даже если все необходимые опросы завершены и флажки установлены, успех не гарантирован. «Есть так много вещей, которые нужно сделать, прежде чем вы даже выкопаете первый кусок грязи», - говорит Кленденин.
Несмотря на все наши современные геодезические инструменты и тщательное планирование, Земля все равно вас удивит, добавляет Маккиннон. «Эта часть, которая, по вашему мнению, была скучной и простой и легко предсказуемой, на самом деле совершенно сложна», - говорит она. «Посмотрите на любые крупные раскопки для системы метро, любое крупное строительство моста, любой большой комплекс башен; все они заранее провели интенсивные обследования, обширные этапы проектирования и все еще должны были изменить их во время строительства ».
После объявления исполнительного приказа Трампа Маккиннон отправился в Twitter, чтобы оставить предчувствие, напоминающее о последствиях недооценки Земли. «Земля не прощает небрежно», написала она. Она добавила в интервью: «Игнорировать геологию на свой страх и риск».
