วิศวกรของ Steer ประเมินว่าเหตุใดอาคารบางหลังจึงรอดจากพายุเฮอริเคน ทอร์นาโด แผ่นดินไหว และสึนามิ และทำไมอาคารอื่นๆ ถึงไม่รอด
เมื่อคุณเห็นระดับความหายนะอันสูงส่งที่พายุเฮอริเคนขึ้นฝั่งเป็นครั้งแรก “โดยปกติแล้วจะมีช่วงเวลาที่ทำให้คุณหายใจไม่ออก” Tracy Kijewski-Correa วิศวกรโครงสร้างที่มหาวิทยาลัย Notre Dame ในรัฐอินเดียนากล่าว แต่ Kijewski-Correa และเพื่อนร่วมงานของเธอรู้สึกโล่งใจและเริ่มทำงานสำรวจความเสียหายที่เกิดขึ้นกับอาคารตามเส้นทางของพายุเฮอริเคน การค้นพบโดยทันทีของพวกเขาช่วยปฏิบัติการกู้ภัยและผู้เผชิญเหตุเบื้องต้น และการตรวจสอบอย่างละเอียดของพวกเขาช่วยเติมเต็มช่องว่างที่สำคัญในการศึกษาด้านวิศวกรรมเกี่ยวกับวิธีการสร้างที่ดีขึ้นตามแนวชายฝั่ง
ตั้งแต่ปี 2018 Kijewski-Correa เป็นผู้อำนวยการคนแรกของเครือข่าย Structural Extreme Events Reconnaissance (StEER) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการโครงสร้างพื้นฐานด้านการวิจัยด้านวิศวกรรมอันตรายจากธรรมชาติ (National Hazards Engineering Research Infrastructure หรือ NHERI) ของ National Science Foundation ซึ่งส่งวิศวกรอาสาสมัครไปประเมินความเสียหายจากพายุเฮอริเคน ทอร์นาโด แผ่นดินไหว และสึนามิ
วิศวกรของ StEER กำลังยุ่งอยู่กับการประเมินความหายนะจากพายุเฮอริเคนไอดา ซึ่งพัดถล่มชายฝั่งรัฐลุยเซียนาเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม ประสบการณ์ของพวกเขาในปี 2020 กับพายุเฮอริเคนลอรา ซึ่งพัดถล่มชายฝั่งด้วยความเร็วลม 240 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แสดงแผนที่ถนน เพื่อการวิจัยของพวกเขา
เมื่อเดือนสิงหาคมที่ผ่านมา ลอร่าเดินตามเส้นทางที่คาดการณ์ไว้เป็นอย่างดี เนื่องจากกลุ่มนักวิชาการและรัฐบาลต่างๆ เร่งรีบเพื่อจัดเตรียมอุปกรณ์ “เราน่าจะมีทีมที่แตกต่างกันหกทีมที่ประสานงานกันใน 24 ชั่วโมงก่อนถึงฝั่ง วางอุปกรณ์ลงและจากนั้นก็ออกจากที่นั่นก่อนที่มันจะถล่ม” Kijewski-Correa กล่าว วิศวกรลมสองสามคนยังคงอยู่ข้างหลัง—ซุกตัวอยู่ในห้องพักในโรงแรมขณะที่พายุโหมกระหน่ำ ส่งข้อความอย่างสนุกสนานในช่วงที่ลมกระโชกแรงที่สุด
วิวัฒนาการของบรรยากาศ
แหล่งที่มาที่สองของความซับซ้อนในการอภิปรายเรื่องความสามารถในการอยู่อาศัยนั้นเกิดขึ้นเนื่องจากชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ไม่เสถียร ระบบที่ไม่เปลี่ยนแปลง แต่จะค่อยๆ พัฒนาไปตามกาลเวลา เหตุการณ์ออกซิเดชันครั้งใหญ่ของโลกเป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการประเภทนี้
สำหรับดาวเคราะห์ขนาดเล็กอย่างดาวอังคาร การหลบหนีจากแรงโน้มถ่วงของบรรยากาศมีบทบาทสำคัญ วิธีการทำงาน: โมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์มีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา และยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าใด โมเลกุลก็จะยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าอุณหภูมิจะเป็นอย่างไร ก็มักจะมีโมเลกุลบางตัวที่เคลื่อนที่เร็วกว่าค่าเฉลี่ยและโมเลกุลบางตัวที่เคลื่อนที่ได้ช้ากว่าเสมอ หากโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วกว่าได้รับความเร็วเพียงพอและเคลื่อนที่ไปในทิศทางตั้งฉากกับพื้นผิวของดาวเคราะห์ พวกมันก็สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกและหลบหนีออกสู่อวกาศได้
The bigger the planet, the stronger its gravitational force and the easier it is to retain the atmosphere. On Earth, for example, a molecule would have to be moving about seven miles per second (11 km/sec) to escape. It is important to note that it is harder to boost heavy molecules to high velocity than it is to boost light ones. This means that lighter molecules are more likely than heavy ones to be lost to gravitational escape. Earth, for example, has lost a large amount of its original hydrogen and helium—the lightest members of its atmosphere—while Mars has lost even heavier gases such as oxygen and nitrogen.
กลไกการสูญเสียที่เกี่ยวข้องที่เรียกว่า photodissociation มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโมเลกุลของน้ำ หากมีน้ำบนผิวดาวเคราะห์ ก็จะมีไอน้ำอยู่ในชั้นบรรยากาศ รังสีอัลตราไวโอเลตจากดาวฤกษ์ของดาวเคราะห์จะสลายโมเลกุลของน้ำที่พบว่าตัวเองอยู่ในชั้นบนของชั้นบรรยากาศ ไฮโดรเจนที่เป็นผลลัพธ์ซึ่งเป็นแสงจะหายไปจากการหลบหนีจากแรงโน้มถ่วง และออกซิเจนจะรวมตัวกับอะตอมบนพื้นผิวเพื่อสร้างแร่ธาตุที่ออกซิไดซ์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น เราเชื่อว่านี่คือวิธีที่ดาวอังคารสูญเสียมหาสมุทรที่เคยมีมาในช่วงต้นของประวัติศาสตร์ และสีแดงของดาวเคราะห์เป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชัน (การเกิดสนิม) ของเหล็กในหินพื้นผิวของมัน
การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญอีกประเภทหนึ่งเกี่ยวข้องกับคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญ (พร้อมกับไอน้ำ) ในชั้นบรรยากาศของโลก ทุกครั้งที่ภูเขาไฟตกลงสู่พื้นโลก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมาจากส่วนลึกภายในเสื้อคลุมและสูบฉีดสู่ชั้นบรรยากาศ ในกระบวนการที่ซับซ้อนที่เรียกว่าวัฏจักรคาร์บอนลึก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกนำเข้าสู่มหาสมุทรและรวมเข้ากับวัสดุอย่างเช่น หินปูน หลังจากนั้นก็สามารถนำกลับเข้าสู่ภายในโลกได้ ดังนั้น กระบวนการทางธรณีวิทยาทั่วไปบนดาวเคราะห์ดวงหนึ่งสามารถส่งผลกระทบต่อปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของมัน และในทางกลับกันก็จะส่งผลต่ออุณหภูมิของมันด้วย เราเชื่อว่ามหาสมุทรบนพื้นผิวใดๆ ที่มีอยู่บนดาวศุกร์ในช่วงต้นของประวัติศาสตร์จะระเหยไปเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงของดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นผลมาจากความใกล้ชิดกับดวงอาทิตย์ ดังนั้น,
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ เราต้องชี้ให้เห็นว่าเราไม่สามารถสังเกตได้ด้วยเครื่องมือวัดทางไกลในปัจจุบัน สามารถมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการอยู่อาศัยได้ ตัวอย่างเช่น ดาวเคราะห์ที่อยู่ใน CHZ ของดาวฤกษ์ของมัน แต่มีน้ำน้อยมาก อาจได้รับผลกระทบจากภาวะเรือนกระจกที่หนีไม่พ้นและกลายเป็นดาวศุกร์ จากระยะไกล มันยากมากที่จะรู้ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นหรือไม่
ในขณะเดียวกัน วิศวกรโครงสร้างหลายสิบคนทั่วสหรัฐอเมริกาได้เข้าร่วมทีมเสมือนจริงของ SteER ที่ขุดโซเชียลมีเดีย สื่อท้องถิ่น รายงานจากหน่วยงานฉุกเฉิน และแหล่งข้อมูลอื่นๆ เพื่อสร้างภาพเหตุการณ์ที่ครอบคลุม ผู้จัดการของสำนักงานจัดการเหตุฉุกเฉินกลาง (Federal Emergency Management Agency – FEMA) ซึ่งไม่สามารถดำเนินการได้เร็วขนาดนี้ ก็เป็นหนึ่งในบรรดาผู้ที่ให้ความสนใจรายงานของ SteER
Kijewski-Correa จำได้แม่นว่าดูรายการโทรทัศน์เรื่องแผ่นดินไหวที่เม็กซิโกซิตี้ในปี 1985 จากบ้านของเธอในเมืองชิคาโก รัฐอิลลินอยส์ ตอนที่เธออายุ 10 ขวบ และรู้สึกว่าต้องทำให้ดีขึ้นโดยผู้ที่ติดอยู่ในซากปรักหักพัง เมื่อเธอก้าวเข้าสู่สายงานวิศวกรรม โดยศึกษาว่าอาคารตอบสนองต่อลมอย่างไร “เมล็ดพันธุ์นั้นอยู่ในใจฉัน” เธอกล่าว
ในปี 2548 หนึ่งปีหลังจากสึนามิในมหาสมุทรอินเดียคร่าชีวิตผู้คนไปมากกว่า 200,000 คน เธอได้เข้าร่วมกับนอเทรอดามและวิศวกรชาวไทยในการสำรวจสิ่งที่เธอเรียกว่าความเสียหายที่ “เหลือเชื่อ” ตามแนวชายฝั่งของประเทศไทย เธออุ้มลูกชายตัวน้อยของเธอไว้บนหลังของเธอ “ในฐานะแม่ คนๆ นั้นยากจริงๆ เพราะเราพบพ่อแม่ที่ยังคงมองหาลูกอยู่” เธอเล่า
Kijewski-Correa ยังคงเป็นผู้นำการสำรวจภาคพื้นดินหลังจากเกิดเหตุการณ์รุนแรง ซึ่งรวมถึงในเฮติหลังแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ในปี 2010 และในปี 2016 หลังพายุเฮอริเคนแมทธิว
เมื่อพายุเฮอริเคนฮาร์วีย์เข้าโจมตีเท็กซัสในเดือนสิงหาคม 2017 กลุ่มผู้เผชิญเหตุสุดโต่งของ NHERI อีกกลุ่มหนึ่งขอให้เธอเกณฑ์ทีมวิศวกรโครงสร้าง และเธอก็ร่วมกันจัดการกับพายุเฮอริเคนที่นำโดยชุมชนดังกล่าวเป็นครั้งแรก ที่สำคัญ ความพยายามเฉพาะกิจนี้ได้สร้างมาตรฐานและแบ่งปันข้อมูลทั้งหมดที่รวบรวมไว้—ไม่ได้ระบุในวิชาการ
นี่คือต้นกำเนิดของ SteER ซึ่งขณะนี้ได้คัดเลือกนักวิจัย 300 คนและครอบคลุมภัยพิบัติหลายสิบครั้ง
ในภัยพิบัติก่อนเกิดพายุเฮอริเคนลอร่า ทีมอาสาสมัครของ SteER จะบินเข้ามาทันทีที่พายุผ่านไป แต่หลังจากลอร่า เนื่องจากข้อจำกัดของโควิด-19 วิศวกรจึงหลั่งไหลเข้ามาเมื่อเวลาผ่านไป
อาสาสมัครสองสามคน เช่น David Roueche วิศวกรโครงสร้างที่มหาวิทยาลัยออเบิร์นในแอละแบมา ขับรถเข้ามาทันที มาถึง 12 ชั่วโมงหลังจากพายุเฮอริเคนขึ้นฝั่ง “แท้จริงแล้วไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง” Roueche กล่าว “สายไฟทั้งหมดยังขัดข้อง เศษซากทั้งหมดยังคงอยู่บนถนน”
Roueche ติดระบบกล้อง 360 องศา (เช่นเดียวกับที่ใช้กับ Google Street View) บนรถของเขา และเริ่มรวบรวมภาพที่รวบรวมรายการการทำลายล้างหลายร้อยกิโลเมตร จากนั้นภาพเหล่านี้สามารถประมวลผลและแชร์กับทีมเสมือนจริง ซึ่งเป็นรากฐานที่สำคัญสำหรับความพยายามของ SteER ในการทำความเข้าใจขอบเขตของความเสียหายทั่วทั้งภูมิภาค
ทีม SteER ใช้แอปโทรศัพท์มือถือเพื่อรายงานอาคารที่ถูกทำลาย และถ่ายภาพความละเอียดสูงที่แท็กด้วยข้อมูลตำแหน่ง GPS ซึ่งพวกเขาแชร์กับสาธารณะ เอียน โรเบิร์ตสัน วิศวกรโครงสร้างจากมหาวิทยาลัยฮาวายแห่งมาโนอากล่าวว่า ทีมบางทีมใช้โดรนทางอากาศ ถ่ายภาพหลายพันภาพและใช้เพื่อสร้างภาพ 3 มิติของฉาก ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ภาพอัตโนมัติยังสามารถเจาะภาพโดรนได้ เช่น เพื่อประเมินจำนวนหลังคาที่เสียหาย
วิศวกรพยายามเก็บรายละเอียดของตัวอย่างอาคารที่เป็นตัวแทน แทนที่จะมุ่งเป้าไปที่ซากปรักหักพังที่น่าตื่นตาตื่นใจที่สุด ข้อมูลและการวิเคราะห์ทั้งหมดนี้ช่วยให้พวกเขาเรียนรู้เหตุผลอันละเอียดอ่อนในบางครั้งว่าทำไมบ้านสองหลังซึ่งดูเหมือนเหมือนกันและอยู่ติดกันมักจะพบกับชะตากรรมที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง อาจเป็นเพราะความแตกต่างที่ซ่อนอยู่ในการก่อสร้างของพวกเขา microgust เหมือนพายุทอร์นาโด
แต่ไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะแยกแยะว่าการรวมกันของลม ฝน คลื่น และคลื่นเข้าด้วยกันสามารถทำลายโครงสร้างได้อย่างไร
Britt Raubenheimer นักสมุทรศาสตร์ชายฝั่งที่ Woods Hole Oceanographic Institution กล่าวว่า “ปฏิกิริยาโต้ตอบหลายอย่างเกิดขึ้นเฉพาะในช่วงที่มีพายุใหญ่ที่สุด เมื่อคลื่นซัดและคลื่นซัดเข้าท่วมแผ่นดินและมีฝนตกหนัก” เราเบนไฮเมอร์นำองค์กรในเครือไปที่ SteER ซึ่งวางเครื่องมือไว้ริมฝั่งก่อนพายุเฮอริเคนเพื่อวัดคลื่น คลื่น การไหลของตะกอน และกระบวนการอื่นๆ จากนั้นจึงตรวจสอบว่าชายฝั่งมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร “เราต้องการการวัดจริง ๆ ในช่วงที่เกิดพายุใหญ่เพื่อทำความเข้าใจว่ากระบวนการเหล่านี้ส่งผลกระทบซึ่งกันและกันอย่างไร” เธอกล่าว
Kijewski-Correa และเพื่อนร่วมงานของเธอกำลังใช้ข้อมูลที่รวบรวมได้จากลอร่า ไอดา และพายุอื่นๆ เพื่อพัฒนาแบบจำลองที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นว่าพายุเฮอริเคนส่งผลต่ออาคารประเภทต่างๆ อย่างไร และเพื่อช่วยให้พวกเขาเรียนรู้สิ่งใหม่เกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างให้ต้านทานต่อสิ่งก่อสร้างเหล่านั้น
แม้ว่าหลังจากกว่า 15 ปีของการแข่งขันเพื่อตอบสนองต่อภัยพิบัติครั้งแล้วครั้งเล่า Kijewski-Correa กล่าวว่างานนี้ยังคงเป็นเรื่องส่วนตัวอย่างมาก
เมื่อเธอทำการสำรวจตามบ้าน เธอมักจะพูดคุยกับชาวบ้าน แทนที่จะแค่ถ่ายรูปบ้านของพวกเขา ประเมินความเสียหายอย่างรวดเร็ว และเดินหน้าต่อไป
“ฉันเรียนรู้มากมายจากการใช้เวลาสักครู่เพื่อพูดคุยกับครอบครัว” เธอกล่าว
“ฉันใส่ใจอย่างแท้จริง ฉันต้องการแสดงความเห็นอกเห็นใจและให้ความเคารพต่อความคิดที่ว่าตอนนี้ฉันกำลังเดินผ่านการสูญเสียของคุณ—จากทุกสิ่งที่คุณทำงานอย่างหนักเพื่อสร้าง” เธอกล่าว “ฉันได้จับมือ ฉันร้องไห้แล้ว กอดแล้ว. ฉันได้ทำให้แน่ใจว่าคนป่วยสามารถรับความช่วยเหลือได้ แต่ฉันยังได้รับเบียร์และไฮไฟว์
“เราแสดงให้พวกเขาเห็นว่าเราอยู่ที่นี่เพื่อคุณ” Kijewski-Correa กล่าว “และเราจะทำให้ดีที่สุดเพื่อไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้นอีก”
บทความนี้มาจากนิตยสาร Hakai สิ่งพิมพ์ออนไลน์เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์และสังคมในระบบนิเวศชายฝั่ง อ่านเรื่องราวแบบนี้ เพิ่มเติม ได้ ที่ hakaimagazine.com
