Tässä blogikirjoituksessa tutkimme maanalaisten tilojen potentiaalia, jotka ovat saamassa huomiota paitsi perinteisinä varastointitiloina myös tulevaisuuden kaupunkikehityksen ja selviytymisen strategioina.
Maanalainen tila: Kuinka pitkälle se voi mennä?
Kun piirsimme tieteellisiä kuvituksia kuvataidetunneilla lämpimän kevätauringon alla, uppouduimme kaikki töihimme ilmaistaksemme ainutlaatuisia ideoitamme, mutta yksi teema valloitti aina monien oppilaiden sydämet. Se käsitteli uusia maailmoja, jotka avautuivat meren alla, syvällä maan alla ja avaruudessa – maailmoja, jotka olivat kaukana tutusta maasta, jota kutsumme kodiksi. Kymmenen vuotta myöhemmin mielikuvituksestamme on tulossa totta. Nyt nämä tuntemattomat tilat ovat herättämässä huomiota paitsi uteliaisuuden kohteina, myös vaihtoehtoisina tiloina, jotka kykenevät voittamaan väestönkasvun ja resurssien niukkuuden aiheuttamat yhä epäsuotuisammat selviytymisolosuhteet maan pinnalla. Erityisesti tutkimuksen aktiivisen tunnistamisen ja sen sovellusten tutkimisen myötä maanalaisen kallioperän ainutlaatuiset ominaisuudet ovat ensimmäisenä toteutumassa.
Vaikka maanalaisen tilan käytöllä itsessään on pitkä historia – aivan kuten ruoan hautaamisella maahan pitkäaikaista säilytystä varten – vasta viime aikoina kaivausten syvyys on kasvanut ja potentiaalisten sovellusten kirjo on laajentunut merkittävästi tiedon ja teknologian kertymisen ansiosta. Tarkastellaan maanalaisen tilan ominaisuuksia ja kalliorakentamisen teknologian soveltamisprosessia konkreettisten esimerkkien avulla.
Maanalainen tila hyödyntämisen historia ja nykytila
Maanalaisten tilojen rooli on muuttunut pelkistä varastotiloista, ja niiden käyttötarkoitukset laajenevat kattamaan myös asuin- ja teollisuuskäyttöön. Itse asiassa maanalaisten tilojen hyödyntämisen historia on hyvin pitkä. Muinaiset ihmiset käyttivät luolia ruoan varastointiin ja rakensivat maanalaisia temppeleitä uskonnollisia seremonioita varten. Esimerkiksi Turkin Derinkuyun maanalainen kaupunki on valtava maanalainen kaupunki, joka rakennettiin muinaisina aikoina ja toimi turvapaikkana sodalta ja ulkoisilta uhilta. Tämä kaupunki sisältää asuintiloja, ruokavarastoja ja vesivarastoja, joihin mahtuu jopa 20 000 ihmistä, mikä tekee siitä erinomaisen esimerkin siitä, miten maanalaista tilaa voidaan hyödyntää ihmiselämässä.
Nykyään tällaisten maanalaisten tilojen käyttö on yhä kehittyneempää. Tokiossa maan alla sijaitsee paitsi metrojärjestelmä, myös maanalaiset ostoskeskukset ja sekakäyttöiset kulttuurilaitokset. Tämä on saamassa huomiota vaihtoehtoisena ratkaisuna nouseviin maanhintoihin ja väestötiheysongelmiin kaupunkien keskustoissa, ja maanalaisen tilan tehokas käyttö on nousemassa yhdeksi kestävän kaupunkikehityksen keskeisistä strategioista. Lisäksi Singapore laajentaa jatkuvasti maanalaista tilaansa ja pyrkii siirtämään infrastruktuurilaitoksia, kuten sähkö-, televiestintä- ja logistiikkalaitoksia, maan alle. Tätä pidetään ratkaisuna, joka puuttuu tilarajoitteisiin ja maksimoi kaupunkien tehokkuuden.
Esimerkkejä maanalaisen tilan käytöstä
Maanalaisiin tiloihin voidaan sijoittaa erilaisia tiloja, kuten asuin-, teollisuus- ja kuljetus-/logistiikkakäyttöön tarkoitettuja tiloja, ja niiden käyttösyvyys vaihtelee niiden käyttötarkoituksen mukaan. Asuin- ja kulttuuritilat rakennetaan tyypillisesti matalimmille kerroksille, 50 metrin syvyyteen maanpinnan alapuolelle, ja Norjan Jovik Olympic Mountain Hall on tästä hyvä esimerkki. Maailman suurimpana maanalaisena areenana se rakennettiin yhdeksänkerroksiseksi vuoden 1994 talviolympialaisia varten. Päätös rakentaa areena maan alle johtui suurelta osin maanalaisen tilan suotuisista ominaisuuksista, jotka ylläpitävät tasaista lämpötilaa ympäri vuoden. Maan lämpökapasiteetti on vain 1/5–1/10 maanpinnan lämpökapasiteetista, mikä johtaa hitaampaan lämmönsiirtoon. Koska vuodenaikojen vaihtelut eivät juurikaan vaikuta rakenteisiin, kun ne on haudattu vain 5 metrin syvyyteen maanpinnan alapuolelle, energiankulutus vähenee, mikä johtaa alhaisempiin ylläpitokustannuksiin. Rakennussyvyys on kuitenkin rajallinen, koska on asennettava luonnonvalo ja ilmanvaihtojärjestelmät.
Yovikin olympiavuorisalin rakennuspaikaksi varattu alue oli gneissimuodostuma. Gneissi on metamorfinen kivilaji, joka muodostui korkeassa lämpötilassa ja paineessa, mikä tekee siitä ihanteellisen perustuksen suuren lujuutensa ansiosta. Tarkkojen mittausten ja simulaatioiden samanaikainen käyttö oli kuitenkin välttämätöntä. Paikan päällä kerättiin näytteitä kiven fysikaalisten ominaisuuksien mittaamiseksi, ja kallioperän käyttäytymistä ennustettiin tietokonemallinnuksella. Tämän perusteella määritettiin räjäytyskohdat ja -järjestys. Rakennustöiden alkaessa paineantureilla seurattiin kallion käyttäytymistä kaivannon ympärillä ja varmistettiin, että maan vajoama pysyi ennustetulla alueella. Koska maan läpi poraaminen räjähteillä aiheuttaa voimakkaita paineaaltoja, jotka voivat vaikuttaa lähellä olevien rakenteiden vakauteen, myös näiden paineaaltojen voimakkuutta oli hallittava reaaliajassa.
Teollisuussovellukset 500 metrin syvyydessä
Laajennetaan syvyyttä 500 metriin maanpinnan alapuolelle. Tälle syvyydelle voidaan rakentaa erilaisia teollisuuslaitoksia esimerkiksi jäteveden käsittelyyn, elintarvikkeiden varastointiin ja öljyn varastointiin; Gyeongjun Wolseongin alueella rakenteilla oleva matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen loppusijoituslaitos on yksi tällainen esimerkki. Maanalaisia tiloja pidetään parhaana vaihtoehtona jatkuvasti säteilyä lähettävän ydinjätteen puolipysyvään eristämiseen. Tämä johtuu siitä, että ne ovat paitsi turvassa ulkoisilta vaikutuksilta, myös estävät tehokkaasti säteilyn. Kallioperän rakenteet voivat nojata ympäröiviin kalliokerroksiin, ja vaikka kallioperä tärisisi maanjäristyksen aikana, ne tärisevät maan mukana, jolloin ne vaurioituvat vähemmän kuin maanpäälliset rakenteet, jotka vastustavat liikettä inertian avulla. Lisäksi radioaktiivisten aineiden liike tapahtuu hitaammin maan alla kuin ilmakehässä, ja koska useimmat niistä hidastuvat tai imeytyvät kulkiessaan kallioperän läpi, niiden todennäköisyys saavuttaa pinta on hyvin pieni.
Toisin kuin Yovikin olympiavuorihallissa, Gyeongjun radioaktiivisen jätteen loppusijoituspaikkaa ympäröivillä maakerrostumilla on kuitenkin heikkoutensa, koska ne koostuvat sedimenttikivestä. Sedimenttikivessä, joka muodostuu veden ja tuulen kuljettamista mineraalikerroksista, on paljon tyhjiä hiukkasia, mikä johtaa alhaiseen lujuuteen. Jos hiukkaset altistuvat toistuville ulkoisille iskuille, ne voivat järjestyä uudelleen näiden tyhjien hiukkasten sisällä, mikä aiheuttaa vajoamisriskin. Sedimenttikiven luontaisen heikkouden voittamiseksi on yritetty käyttää useita rakennusmenetelmiä, ja keinotekoinen kovettaminen – jossa liima-ainetta ruiskutetaan korkealla paineella ontelon reunoille – on yksi niistä. Sidosaineen korkeapaineinen ruiskutus täyttää kallion tyhjät kohdat ja tarjoaa vakaan tuen tyhjiön yläosalle. Räjäytyksen ja sidosaineen ruiskutuksen vuorotteleminen mahdollistaa pitkien tunnelien kaivamisen jopa heikolle maaperälle.
Maanalainen tila laajenee tulevaisuutta varten
Maanalaisen tilan käyttö voi ulottua jopa 1 000 metrin syvyyteen esimerkiksi geotermisen energian tuotantoon ja korkea-aktiivisen ydinjätteen loppusijoitukseen. Vertikaalisen syvyyden lisääminen on kuitenkin vain yksi osa tätä laajentumista. Useiden suunnitteluvaiheessa olevien hankkeiden joukossa on merenalaisia tunneleita, jotka on suunniteltu yhdistämään pieniä saaria lounaisrannikon lähellä saarten liikenteen parantamiseksi, sekä suurempia kansainvälisiä merenalaisia tunneleita, jotka voivat vähentää matkustaja- ja logistiikkakustannuksia ja kuljetusaikoja. Lisäksi huomiota herättävät myös tyhjiötunnelijunat – jotka maksimoivat nopeuden ja mukavuuden minimoimalla ilmanvastuksen ja kiskojen kitkan – sekä Kuun äärimmäisiä olosuhteita kestämään suunnitellut kuuntutkimusasemat laavatunneleissa. Nämä esimerkit osoittavat rajattomat mahdollisuudet horisontaaliselle laajentumiselle merenpohjaan ja ulkoavaruuteen kallioperän kautta.
Kun teknologiat ja ideat, jotka ennen olivat olemassa vain mielikuvituksessamme, toteutuvat, emme ole enää mielikuvituksen sidottuja, vaan ylitämme jatkuvasti rajamme. Odotamme innolla, kuinka uudet rajaseudut, mukaan lukien maanalaiset tilat, tarjoavat tulevaisuudessa entistä enemmän mahdollisuuksia ihmiselämälle.
