Vorige maand nam president Donald Trump stappen om zijn campagnebelofte waar te maken om het bestaande grenshek van de Verenigde Staten om te vormen tot een "grote, mooie" muur. Op 25 januari heeft het Witte Huis een uitvoerend bevel uitgegeven waarin de oprichting wordt aangekondigd van een "veilige, aaneengesloten en onbegaanbare fysieke barrière ... om illegale immigratie, drugshandel en mensenhandel en terroristische aanslagen te voorkomen." Nu de Amerikaanse douane en grensbescherming - het kantoor dat belast is met de handhaving van de grensregelingen - probeert die orde concreet te maken.
Het hek van vandaag bestaat uit ongeveer 650 mijl van ongelijksoortige segmenten, gemaakt van een combinatie van stalen palen en rails, metalen platen, kettingschakels, betonnen voertuigbarrières en gaas. Het vervangen van dat hek door wat is beschreven als een betonnen constructie van 20 tot 50 voet die 1.000 van de ongeveer 2.000 mijl van de Amerikaanse grens met Mexico zal doorkruisen, zal geen gemakkelijke prestatie zijn. Naast het behandelen van een voorgestelde Mexicaanse rechtszaak en het navigeren door privébezit van een groot deel van het land van Texas, is er nog een andere zorg die weinigen in detail hebben behandeld: geologie.
Vergeleken met het bouwen van een marmeren paleis of een hoge kerk, lijkt het bouwen van een muur relatief eenvoudig. Dat is het niet. (Vraag het maar aan de Chinezen, wiens Great Wall 2.000 jaar nodig had om te bouwen en indringers niet buiten kon houden.) Hoewel de meeste muurontwerpen vrij eenvoudig zijn, moeten bouwers zich aanpassen aan een breed scala aan terreinen, legt Gary Clendenin, een senior hydrogeoloog bij ICF, uit. De zuidelijke Amerikaanse grens alleen al bevat woestijn, wetlands, graslanden, rivieren, bergen en bossen - die allemaal enorm verschillende problemen veroorzaken voor bouwers.
"De lengte van dit ding presenteert uitdagingen die gewoon meestal niet worden ondernomen in een bouwproject, " zegt Clendenin.
Kunnen deze hindernissen worden overwonnen? Smithsonian.com vroeg twee wetenschappers, een geofysicus en een hydrogeoloog, met welke geologische factoren de bouwers van de muur eerst rekening moeten houden als zij dit ambitieuze project willen uitvoeren.
Ongeveer 650 mijl van ongelijksoortige segmenten van hek staan langs de bijna 2.000 mijl grens tussen de VS en Mexico. Veel segmenten, zoals hierboven afgebeeld, laten nog steeds wat communicatie over de grens toe. (Brian Auer / Alamy Stock Photo) De situatie onderzoeken
De toren van Pisa was nooit bedoeld om te leunen. Gebouwd tussen 1173 en 1370, werd de off-kilter structuur bovenop ongeveer 30 voet van fijne riviersedimenten geplaatst die door een laag van oude zeeklei werden bedekt. Maar toen bouwers de tonnen marmer verzamelden, comprimeerden de rivierafzettingen niet gelijkmatig. Dus in 1178, toen ze klaar waren met het werk aan het derde verhaal, had de toren al zijn karakteristieke kanteling gekregen.
De Italiaanse regering heeft sindsdien miljoenen dollars uitgegeven om ervoor te zorgen dat dit geliefde monument niet omvalt. Zulke structurele mislukkingen herinneren ons eraan dat, hoewel onze voorouders erin geslaagd zijn met succes veel indrukwekkende prestaties neer te zetten, "ze niet noodzakelijkerwijs rechtop blijven", in de woorden van veldgeofysicus Mika McKinnon. Om dergelijke problemen vandaag de dag te omzeilen, hebben moderne bouwers een cruciale stap aan het bouwproces toegevoegd: landmeten. Hoewel tijdrovend, is deze stap van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de resulterende structuur jarenlang op vaste grond kan blijven staan.
Voordat een enkele steen wordt gelegd, verzamelen teams van wetenschappers ter plaatse om een litanie van details te onderzoeken, van bodemdiepte tot bodemchemie. In het geval van de grensmuur zouden ze de hele lengte van het voorgestelde pad moeten doorlopen, in segmenten moeten werken om de regio te evalueren, gegevens te verzamelen, plannen te ontwikkelen. (Deze noodzaak maakt het proces van het bouwen van muren - vooral die over duizenden kilometers overspannen - uitdagender dan het bouwen van bijvoorbeeld een wolkenkrabber van 95 verdiepingen.)
"Eerlijk gezegd zou dat jaren duren", zegt Clendenin, die gespecialiseerd is in lineaire projecten zoals spoorwegen en wegen. McKinnon is het daarmee eens. Een project waaraan ze werkte, een pijpleiding van drie mijl, is nu in jaar vijf van veldonderzoeken.
Toch lijkt de order van Trump slechts zes maanden toe te staan voor alle onderzoeks- en planningsinspanningen. In zijn lange lijst met vereiste stappen vermeldt zijn uitvoerend bevel:
“Een uitgebreid onderzoek produceren van de beveiliging van de zuidelijke grens, dat binnen 180 dagen na deze bestelling moet worden voltooid, inclusief de huidige staat van de zuidelijke grensbeveiliging, alle geofysische en topografische aspecten van de zuidelijke grens, de beschikbaarheid van federale en nationale middelen die nodig zijn om volledige operationele controle van de zuidelijke grens te bereiken, en een strategie om volledige operationele controle van de zuidelijke grens te verkrijgen en te behouden. "
Toen contact werd opgenomen door Smithsonian.com, weigerde het douane- en grensbeschermingsbureau commentaar te geven op de huidige tijdlijn voor de muur, door in een e-mail te zeggen dat "het speculatief zou zijn om de vragen te beantwoorden die u op dit moment stelt." Maar volgens met wetenschappers Smithsonian.com sprak, het gaat niet snel omhoog.
...
Naar Bedrock gaan
De prehistorische stad Petra is een uitstekend voorbeeld van oude geologische vooruitziende blik. Rond de 4e eeuw voor Christus hebben de inwoners van Petra de basis gelegd voor deze eens bruisende handelsstad direct in de ruige roze en bruine zandstenen kliffen tussen de Rode Zee en de Dode Zee. Hoewel winden en regen de structuur van boven naar beneden dreigen uit te hollen, heeft zijn stevige worteling in het gesteente - de solide rots die onder de losse lagen van de aarde ligt - deze structuur duizenden jaren lang recht gehouden.
Een dergelijke aarding in het gesteente is een belangrijk kenmerk bij het bouwen van een megastructuur, zegt McKinnon. Voor iets zo uitgebreid als een muur van 1000 mijl die meer dan 20 voet lang is, moeten bouwers het hele ding onder het oppervlak aan de onderliggende rots verankeren als ze willen dat het rechtop blijft.
Het probleem is dat het een doozy kan zijn om naar de bodem te gaan. Grote delen van de grens hebben een flinke laag losse sedimenten - vuil, grond, zand - die bovenop het gesteente liggen. In sommige regio's ligt het gesteente honderden, zo niet duizenden voet lager. "Op sommige plaatsen zal het gesteente te diep zijn - u zult het gesteente nooit op een betaalbare manier kunnen bereiken, " zegt McKinnon.
"Dat is prima als je een klein huis wilt [bouwen] omdat je het gewoon op de fundering drijft, " voegt ze eraan toe.
Maar als je een megastructuur bouwt, "heb je een probleem", zegt ze.
Het grenshek dat door de zandduinen van Algodones in Californië loopt, is van een speciale constructie voor de steeds veranderende duinomgeving. De smalle, 15 voet hoge palen "zweven" boven het zand en kunnen verticaal worden verplaatst als de duinen verschuiven. (United States Border Patrol, Department of Homeland Security) Dat wil niet zeggen dat bouwen op zand onmogelijk is. Maar om dergelijke structuren veilig op te richten, voeren geofysici tegenwoordig uitgebreide seismische onderzoeken uit om te achterhalen wat eronder ligt. Om deze foto's te maken, installeren ze rijen spike-achtige geofoons, dit zijn 3D-microfoons die minieme trillingen van de grond detecteren en ze omzetten in een elektrisch signaal. Dan maken ze een groot geluid, vaak door een explosie te veroorzaken of een zwaar gewicht te gebruiken om de grond te bonzen. De geofoons registreren de verstrooiing en weerspiegeling van trillingen om ondergrondse structuren in beeld te brengen en pesten problemen die onder het oppervlak kunnen liggen.
McKinnon ondervond een van deze problemen uit de eerste hand, tijdens de bouw van een hydro-elektrische dam die bedoeld was om te worden gebouwd over een vallei die ongeveer een mijl besloeg. Het team deed alle juiste onderzoeken van de regio en ontdekte dat onder hun rivierbedding een tweede kanaal lag, begraven in aarde. "Als we het niet hadden gevonden en we probeerden onze dam over te bouwen, dan zou het water net dat oude kanaal eronder hebben uitgehold en zouden we een rivier onder onze dam hebben gehad, " zegt ze.
Er zijn twee opties om dergelijke problemen met sediment te overwinnen: comprimeer het sediment en voeg een diepere basis toe. Voor een muur van ongeveer 20 voet lang, moet de fundering zich zes tot acht voet onder het oppervlak uitstrekken, zegt Clendenin. Al deze stappen zijn duur en tijdrovend. Maar beknibbel op een van hen, en "je krijgt je Leaning-Tower-of-Pisa-situatie", zegt McKinnon.
Natuurlijk beschikken veel moderne regio's niet over de economische middelen om dergelijke onderzoeken uit te voeren en een diepe basis te leggen. De steden van Campania, Italië, zijn gebouwd bovenop losse sedimenten die vatbaar zijn voor verschuiven - een situatie die werd verergerd door het lokaal kappen van de vegetatie en de ongereguleerde constructie die meestal onvoldoende grondslagen heeft. Deze factoren maken hen kwetsbaar voor de grillen van de geologie van hun regio: toen in 1998 een modderstroom door de stad golfde, verfrommelden de huizen onder het gewicht en de beweging van het slib, waarbij minstens 95 doden vielen.
...
Vuil Drama
"Er is iets dat niet van een muur houdt / Dat de bevroren-grond-zwelling eronder uitzendt, " begint het gedicht van Robert Frost "Mending Wall." Vorst is misschien geen geologisch onderzoeker geweest, maar hij had één ding goed: bij het bouwen van muren is zwelling van de grond een grote hoofdpijn. Dat is de reden waarom, nadat landmeters klaar zijn met het beoordelen van het soort rots en aarde waar ze overheen gaan bouwen, ze het vuil gaan bestuderen.
Sedimenten, met name in kleirijke materialen, kunnen water opnemen en zwellen als een spons in een kom met water. De resulterende cycli van zwelling en krimp tijdens natte en droge periodes kunnen de fundering van structuren barsten. En dit soort bodems zijn gebruikelijk in veel staten waar de grensmuur zal worden gebouwd, waaronder Texas en delen van New Mexico. Volgens de American Society of Civil Engineers is ongeveer de helft van de Amerikaanse huizen gebouwd op gronden die aanzienlijk groeien, en bijna de helft daarvan lijdt jaarlijks schade door de grond.
Vuil kan ook het ondersteuningssysteem van de muur opeten. Bodems die van nature zuur zijn of een hoog chloridegehalte hebben, kunnen ijzerrijke metalen snel afbreken, zegt McKinnon. Deze bodems kunnen "elke aardige grote metalen wapening die je daar plaatst, corroderen om je fundering te stabiliseren, " zegt ze. Andere bodems bevatten een grote hoeveelheid sulfaten, een verbinding die voorkomt in het gemeenschappelijke minerale gips dat zowel metalen als beton afbreekt. Sulfaatrijke gronden komen veel voor in wat bekend staat als de Trans-Pecos-gronden langs de grens in de zuidwestelijke arm van Texas.
Het onderhouden van zo'n lange structuur is een uitdaging. En zelfs als een dergelijke muur kan worden opgetrokken, blijft het budget onduidelijk dat nodig is om het recht te houden. (Kevin Foy / Alamy Stock Photo) "Je zult honderden, zo niet duizenden, verschillende soorten bodems tegenkomen langs [zo'n lange] lineaire weg", zegt Clendenin. (In feite zijn er alleen al in Texas meer dan 1.300 soorten grond.) En veel van die gronden zullen niet het juiste type zijn om op te bouwen. Op dat moment hebben toekomstige bouwers twee opties: Besteed meer tijd en geld aan het uitgraven van de bestaande grond en het vervangen ervan door beter vuil - of vermijd de regio helemaal.
Een ding dat ze echter niet altijd kunnen vermijden, zijn regio's met een risico op aardbevingen en overstromingen. Rivieren lopen langs een aanzienlijk deel van de grens tussen de VS en Mexico, wat een zeer reëel overstromingsgevaar kan veroorzaken. Bouwen naast rivieren kan ook onverwachte juridische problemen opleveren: een verdrag uit 1970 vereist dat het hek wordt teruggezet van de Rio Grande-rivier, die de grens tussen Texas en Mexico afbakent. Vanwege dit, doorsnijdt het huidige hek het bezit van de Texas landeigenaar en heeft het gaten om landeigenaren door te laten.
Aardbevingen komen ook relatief veel voor in de westelijke VS. Afhankelijk van de bouw kunnen sommige van deze trillingen barsten of breuken in de muur veroorzaken, zegt McKinnon. Een voorbeeld is de magnitude 7.2 aardbeving die plaatsvond in 2010 nabij de grens van Californië en Mexico, volgens Austin Elliott, een postdoctorale student aan de Universiteit van Oxford wiens onderzoek is gericht op de geschiedenis van aardbevingen. "Als er bij El Centinela [een berg in Noord-Mexico] een muur was geweest, zou deze zijn gecompenseerd, " schrijft Elliott op Twitter.
...
Zelfs als alle juiste enquêtes zijn ingevuld en de vakjes zijn aangevinkt, is succes niet gegarandeerd. "Er zijn gewoon zoveel dingen die gedaan moeten worden voordat je zelfs de eerste schep vuil weghaalt", zegt Clendenin.
Ondanks al onze moderne meetinstrumenten en zorgvuldige planning, zal de aarde je nog steeds verrassen, voegt McKinnon toe. "Dit deel waarvan je dacht dat het saai en eenvoudig en gemakkelijk te voorspellen was, is eigenlijk helemaal ingewikkeld", zegt ze. “Kijk naar elke grote opgraving voor een metrosysteem, elke belangrijke brugconstructie, elk groot torencomplex; allemaal hadden ze vooraf intensieve enquêtes, uitgebreide ontwerpfasen en moesten ze nog steeds aanpassen tijdens het bouwen. ”
Na de aankondiging van de Executive Order van Trump ging McKinnon naar Twitter om een onheilspellende herinnering achter te laten aan de gevolgen van het onderschatten van de aarde. "De aarde vergeeft niet slordig", schreef ze. Ze voegde eraan toe in een interview: "Negeer geologie op eigen risico."
