искусственные острова что это
Опережая глобальное потепление: зачем строят искусственные острова и спасут ли они города от затопления
К концу столетия рост уровня моря на 0,5 м приведет к затоплению 500 прибрежных городов — это затронет 1,5 млрд человек во всем мире. В результате этих изменений полностью исчезнет Кирибати — страна в Тихом океане, которая из-за угрозы изменений климата планирует заменить естественные коралловые острова, на которых она находится, на искусственные, более высокие и безопасные. «Хайтек» рассказывает, как строят искусственные острова, сколько это стоит, наносят ли они вред экологии и какие еще существуют причины для создания рукотворных насыпей в океанах и морях.
Читайте «Хайтек» в
Как и в других ситуациях, связанных с изменениями климата, повышение уровня океана в разных регионах происходит с разной интенсивностью. Города на восточном побережье США, среди которых Нью-Йорк и Майами, особенно уязвимы — наряду с крупными городами в Юго-Восточной Азии, такими как Бангкок и Шанхай. В США уровень океана растет в два-три раза быстрее, чем в среднем по миру, тогда как в городах вдоль дельты реки Хуанхэ в Китае наблюдается повышение уровня моря более чем на 22 см в год.
Чтобы справиться с последствиями изменений климата, страны по всему миру строят или планируют строительство искусственных островов. Они также могут решить проблему с перенаселением городов — насыпи в море или океане могут быть использованы для строительства новых жилых домов или инфраструктурных объектов.
Например, Мальдивские острова планируют к 2040 году построить два искусственных острова. Один из них позволит справиться с перенаселением страны, второй будет использоваться для захоронения бытовых и промышленных отходов. Малайзия планирует к 2070 году переселить на четыре рукотворных острова 700 тыс. человек. В городе Сонгдо в Южной Корее, который построен на искусственном острове площадью 600 га, уже живет 300 тыс. человек, а на его территории находится самое высокое здание в стране Northeast Asia Trade Tower (305 м).
Идея искусственных островов не нова. Такие острова существуют уже тысячи лет, хотя чаще их строили путем отрезания мысов земли с помощью каналов (например, Дежима, голландского торгового порта, построенного в 1630-х годах в заливе Нагасаки) или путем создания плавучих островов из камыша, какие создавало племя Урос на озере Титикака. Недавно ученые нашли в Шотландии рукотворные острова, чей возраст датируется временем древнее завершения создания Стоунхенджа.
Однако строительство искусственного острова только недавно стало экономически обоснованной инициативой — как для борьбы с перенаселением, так и из-за угроз затопления прибрежной полосы. Ведь такие проекты оцениваются в несколько миллиардов долларов.
Как строят искусственные острова
Процесс строительства может немного отличаться для островов в зависимости от области, в которой они создаются, но обычно он состоит из трех основных этапов: укрепления дна и дноуглубительных работ, забивки свай и строительства морской дамбы по периметру объекта, заполнение ее песком, щебнем или гравием.
После укрепления или углубления дна инженеры создают в нем конструкцию из переплетенных шпунтовых свай по периметру будущего острова. Затем сваи заливаются бетоном для гидротехнических сооружений. В результате получается морская дамба, которая отражает энергию падающей волны обратно в море.
Пространство внутри дамбы затем засыпается песком крупной фракции, который поднимается с морского дна. Песок засыпается с помощью драгирующего корабля. В ходе этого процесса, который называется процессом радуги, песок по дуге поднимается на высоту 4 м над поверхностью воды.
Таким способом строились «Пальмовые острова» в Дубае. Китайские инженеры при создании искусственного острова на рифе Огненный крест вместо свай при строительстве дамбы использовали стальные листы, внешне напоминающие половины промышленных канистр для хранения нефти.
Примеры
В мире существует несколько сотен искусственных островов — некоторые из них были построены до ХХ века и использовались для сельскохозяйственных и оборонительных нужд. Часто такие сооружения создавались в результате осушения озер или морских заливов — как в случае с самой молодой провинцией в Нидерландах, Флеволанд.
В России есть пять рукотворных островов. Как правило, они предназначались для создания укрепительных сооружений — это острова Новая Голландия, Черепахский, Федерация, Сухо и Порт Бронко.
Однако эти сооружения, в отличие рукотворных островов конца ХХ века и начала XXI, не решали проблем с перенаселением городов, защитой от повышения уровня океана и недостатком территории. Вот несколько примеров искусственных островов, которые пытаются решить эти задачи.
Пальма Джумейра, Дубай
Искусственный остров Пальма Джумейра построен в 2006 году девелоперской компанией Nakheel. Его размеры составляют 5х5 км, а площадь — 800 футбольных полей. Пальма входит в группу «Пальмовых островов», которые в сумме должны будут увеличить береговую линию столицы ОАЭ на 520 км. Остров сделан из 992 798 513,37 куб. м океанического песка песка, уплотненного с помощью вибраций.
Остров обрамлен волнорезом в форме полумесяца, который при обычных условиях находится на 3,5 м выше уровня моря. Во время отлива его высота над уровнем воды достигает 10 м.
В 10 м от волнореза находятся первые виллы — дизайнеры искусственного острова полагают, что даже в экстремальных условиях волне не удастся преодолеть барьер. На Пальме Джумейре также несколько отелей, а объект ежедневно посещает более 20 тыс. туристов — в отличие от других искусственных островов, Пальма создан, в первую очередь, в качестве имиджевого проекта: для привлечения туристов и как площадка для элитной жилой застройки.
Международный аэропорт Кансай, Япония
Разработанный архитектором Ренцо Пьяно и открытый в 1994 году, японский международный аэропорт Кансай расположен на искусственном острове в бухте Осака у берега Хонсю.
Построенный для разгрузки переполненного аэропорта Осаки, Кансай теперь стал международным центром, осуществляя почти 800 рейсов в Азию и Австралию каждую неделю, 59 в Европу и 80 в Северную Америку.
Искусственный остров Жемчужина, расположенный в столице Катара Дохе, — один из самых больших рукотворных островов в мире. Его площадь составляет более 4 млн кв. м, на территории сооружения построено 400 многоэтажных домов, несколько десятков вилл и отелей.
Главный аэропорт Гонконга — Чхеклапкок — входит в десятку крупнейших аэропортов мира по пассажирообороту: в 2017 году его услугами воспользовались 78 млн человек.
Большая часть аэропорта, в том числе обе взлетные полосы, находятся на искусственном острове, построенном рядом с Чек Лап Кок, и соединены с крупнейшим естественным островом Гонконга — Лантау.
В ближайшие годы из-за роста авиаперевозок и быстрого экономического развития региона аэропорт перестанет справляться нагрузкой — однако пристроить к нему третью взлетную полосу вряд ли удастся. Это потребует строительства искусственной суши в глубоких водах, это значит, что строительство третьей полосы может быть сопоставимо со строительством целого аэропорта.
Вред для экологии
Более 200 тыс. человек живут в разделенных квартирах — это помещения площадью около 4,5 кв. м, в котором есть только матрас, плита и шкаф. Такие квартиры еще называют «домами в клетках», поскольку личное пространство жители вынуждены ограничивать заграждениями из проволоки. Нехватка пространства пронизывает все аспекты жизни от снижения продолжительности жизни до задержки брака.
Но не все считают искусственные острова хорошим решением. Экологи утверждают, что строительство метрополии около Лантау нанесет ущерб морской жизни, а сам остров будет уязвим для наводнений, причиной которых станут изменения климата. Ученые приводят в пример тайфун Джеби, который осенью 2018 года вызвал разрушительное наводнение в аэропорту Осаки, Япония, построенном на насыпных землях.
Кроме того, искусственный остров для расширения застройки нанесет ущерб китайским белым дельфинам, которые находятся под угрозой исчезновения. Остров будет построен в местах обитания этих млекопитающих.
Ученые доказали, что существующие искусственные острова уже нанесли ущерб окружающей среде. Строительство острова в Дубае уничтожило места гнездования черепах и единственный в регионе коралловый риф. Искусственные острова, которые Китай строит в Южно-Китайском море для защиты сомнительных притязаний на суверенитет, также повредили рифы. Местные рыбаки утверждают, что строительство Форест-сити в Малайзии уже уничтожило их улов.
Потеснить море. Как и зачем строят искусственные острова
В сюжете «Батавия» из книги «История Европы» Норман Дэвис рассказывает о жутком виде исправительных работ, применявшихся в Голландии в XVII веке. Осужденного помещали в запечатанную камеру, где был только насос и кран с текущей водой. Несчастному приходилось постоянно эту воду откачивать, иначе он рисковал захлебнуться. Подобная экзекуция применялась для перевоспитания тунеядцев и в миниатюре представляла именно тот культурно-географический контекст, в котором развивались Нидерланды. Так воспитывался «батавский характер».
Сегодня донельзя сложно читать о том, что государство Кирибати то ли тонет, то ли просто имитирует, чтобы под благовидным предлогом купить земли у Фиджи. Тем не менее, при ощутимом подъеме уровня моря – в XXI веке уровень моря может повыситься на 1 метр – мы продолжаем проявлять батавский характер и активно развиваем технологии возведения искусственных островов.
Возвращаясь к Голландии, оговоримся, что искусственные острова не являются принципиально новым изобретением или новой технологией и возводились на протяжении веков. Рассмотрим несколько примеров таких островов и их назначение.
Эйсселог, Нидерланды
Остров Эйсселог находится в центре озера Кетемер в западной части страны, провинция Флеволанд. Сам Флеволанд также фактически является искусственным островом, постепенно осушенным после того, как в 1282 году озеро Флево слилось с морем, образовав залив Зейдерзее. Далее территория Флеволанда поэтапно осушалась с конца XIX века, но была затоплена в апреле 1945 года отступавшими немецкими войсками и окончательно восстановлена примерно в конце 1950-х. Остров Эйсселог возведен в 1997 году. Имеет практически круглую форму, окружен дамбой и служит хранилищем шлама, а также токсичных промышленных отходов, сливавшихся по Рейну в 1950-1990-е годы. Диаметр острова 1 км, высота дамбы вокруг него – 10 м. Таким образом удалось свести к минимуму контакт местных жителей с этими отходами и загрязнение окружающей среды.
Искусственные фешенебельные острова в Персидском Заливе
Жемчужина Катара – искусственный остров, заложенный в 2004 году шейхом Абдуллой Бен Халифа Аль Тани, представляет собой один большой предмет роскоши. Остров рассчитан более чем на 40 000 жителей, на нем возведены и еще будут выстроены десятки небоскребов. Набережные заняты прогулочными зонами и магазинами мировых брендов. На острове даже планируется возвести копию венецианского моста Риальто. Этот остров, как и более известный архипелаг «Мир» близ Дубая – средство для привлечения туристов, а не клочок суши, отвоеванный у моря. Тем не менее, искусственные острова Персидского залива рассчитаны на века; так, дубайский архипелаг должен простоять порядка 800 лет.
Кансай
Кансай – это остров-аэропорт, выстроенный в японском заливе у города Осака. Осака является одним из самых густонаселенных и крупных городов Японии – 2 865 000 человек живут на площади 223 квадратных километра. Кроме того, рядом с городом Осака расположен одноименный старый аэропорт, работающий с 1939 года. Поэтому две очереди международного аэропорта было решено возвести на искусственных островах. Первая очередь (остров площадью 820 гектаров) была открыта в 1994 году, а вторая (остров площадью 580 гектаров) – в 2003 году. Уже в 1995 году Кансай оказался в зоне поражения землетрясения в Кобе. Кобе находится на северном берегу Осакского залива, а Осака – на восточном; расстояние от Кобе до Кансая – около 29 км. При этом сила землетрясения в Кобе составила 7,3 балла по шкале Рихтера, погибло почти 6500 человек, но аэропорт Кансай не пострадал. По состоянию на 2006 год проседание первого острова почти прекратилось (до 6 см в год), поэтому в настоящее время в районе Кансай появились и дома для сотрудников аэропорта, и зеленые зоны; также планируется возведение третьей очереди аэропорта.
Область применения искусственных островов не ограничивается тремя этими примерами – примеры были приведены в качестве иллюстрации того, что искусственные острова являются важной культурной составляющей современной цивилизации и возводятся в разных регионах в качестве вспомогательных территорий, позволяющих разгрузить материк или город. Тем не менее, именно в наше время искусственные острова оказываются на стыке двух глобальных тенденций, во многом противоречащих друг другу. Это
Перенаселение мегаполисов, вынуждающее расширять территории городов за счет моря;
Глобальное потепление, в результате которого искусственные острова оказываются под угрозой затопления.
Также искусственные острова играют важнейшую роль в энергетике, основанной как на ископаемом топливе, так и на альтернативных «зеленых» источниках. Обо всем этом мы поговорим далее, но сначала давайте рассмотрим технологию возведения искусственных островов.
Технология
Возведение искусственного острова всегда сопряжено с трудностями, и чем дальше новый остров будет располагаться от материка, тем сложнее сделать такой остров.
Перед началом основополагающих строительных работ изучается структура морского дна, и после инженерного анализа на этапе первичной проработки проекта выбирается местоположение для острова.
Далее конструируется свайный периметр острова, изготавливаемый из камня или из труб. В качестве волнолома выстраивается длинный «рукав». Он не только защищает остров от волн и океанических течений, но и укрывает область порта, и защищает суда, пришвартованные к пирсу острова. При отсутствии волнолома остров остается беззащитен. Без должного предохранения островные конструкции станут постепенно проседать, до тех пор, пока весь остров не будет постепенно смыт в море.
После того, как свайный контур стабилизируется выше уровня моря, в дело вступают тяжелые машины, при помощи которых продолжается надстройка стен периметра. Аналогичный строительный процесс используется позже для возведения защитных каменных уклонов, окружающих по периметру весь остров. В результате вокруг острова образуется несколько уровней защиты, и каждый играет важную роль в предохранении всего комплекса от мощных волн океана. Ядро острова конструируется из твердых пород, которые насыпаются на дно моря или другого естественного водоема.
Если остров возводится в открытом море, то над этим ядром настилается каменная облицовка. У основания ядра выстраивается «якорь», скрепляющий остров с дном океана, он состоит из камней весом примерно по 6 тонн каждый. Вокруг «якоря» надстраивается последний защитный уровень, который возводится на завершающей стадии создания острова.
Далее начинается строительство поверхности острова. В рамках этого этапа возводится весь массив острова, это делается методом «заполнения». Для заполнения собирают песок со специально подобранных участков морского дна, затем этот песок доставляют на место будущего острова и насыпают остров.
Как только удается насыпать достаточно большой поверхностный объем грунта, в ход идет «конвейерно-трубный» метод. Это самый медленный и, в то же время, наиболее аккуратный способ, поскольку грунт, выдуваемый из труб, сразу же обрабатывается машинами, действующими на поверхности, благодаря чему остров постепенно приобретает заданную форму.
Рыхлый песок необходимо дополнительно обрабатывать, чтобы строить на нем было безопасно. Для этого применяется процесс под названием «виброкомпрессия». При виброкомпрессии в грунт на глубину около 20 метров внедряется большой стержень, который начинает вибрировать. В результате этого процесса песчинки перераспределяются и спрессовываются. Затем стержень постепенно извлекается с шагом один метр, и снова начинает вибрировать, что обеспечивает сжатие разных слоев песка. В естественных условиях такой процесс занял бы целые десятилетия. При обнаружении слабых мест процесс виброкомпрессии повторяется вплоть до достижения нужного результата. По завершении этого этапа поверхность обрабатывается катками, которые захватывают грунт только на глубину 900 мм.
При строительстве острова необходимо учитывать потенциальную эрозию и размывание и во всех подобных случаях ее нейтрализовать. Непрестанное многолетнее воздействие океанического или речного течения – источник больших проблем. Песок, составляющий основу острова, может скапливаться в зазорах между окружающими его большими камнями. Это может привести к большим структурным проблемам. Во избежание подобного делаются специальные барьеры из геотекстиля – исключительного прочного волокна, которое может прослужить несколько сотен лет. Волокном покрывается весь остров, так создается закрытая система, из которой песок не может выскальзывать.
Образование естественных пород — не единственная мера противодействия течениям. Периметр острова опоясывают бетонным контуром, который служит последним уровнем защиты. Эти огромные блоки, имеющие X-образную форму, рассеивают ударную силу каждой накатывающей на них волны.
Бетонные блоки устанавливают при помощи кранов, оснащенных специальным оборудованием, работу которого контролируют водолазы; в свою очередь, водолазы пользуются инфракрасными камерами.
На следующем этапе обычно конструируется гавань, форма которой может варьироваться в зависимости от проектных планов. Для снижения уровня воды до расчетной безопасной отметки, на входе в гавань устанавливается дополнительная стенка, опирающаяся на большие металлические листы, отграничивающие пространство гавани от водоема. Листы поднимают краном, после чего углубляют в грунт примерно на 12 метров. Далее над ними надстраивается песчаная стенка.
На последнем этапе, когда внутренние стенки гавани укреплены, песчаный барьер удаляется, и вода заполняет готовую гавань.
Островостроение в энергетике
Выше были рассмотрены наиболее очевидные варианты применения искусственных островов – расширение территории мегаполиса для развертывания дополнительных технических или жилых районов. Тем не менее, искусственные острова оказываются незаменимы как раз в той сфере, которая сильнее сопряжена с нарастанием глобального потепления и попытками его купировать. Речь об энергетике, как традиционной, так и «зеленой».
В феврале 2021 года было объявлено, что Дания собирается возвести в 50 милях от Ютландии вот такой искусственный остров, который будет застроен ветроэлектростанциями и станет вырабатывать 10 ГВ энергии, чего хватит на обеспечение примерно 10 миллионов европейских домохозяйств. Проект должен быть сдан в эксплуатацию к 2033 году.
Кроме того, на этом острове планируется развернуть установки по извлечению водорода из морской воды, а водород, в свою очередь, является экологически чистым топливом, совершенно не дающим парниковых выбросов. Строительство такого острова является логичным шагом в развитии прибрежных ветропарков. Возводить ветропарк в прибрежных водах дороже, чем на суше – чем дальше от берега, тем сложнее обеспечить устойчивость ветряка.
Тем не менее, строительство ветроэлектростанций в море энергетически является более выгодным, чем на суше, так как вдали от берега ветер обычно сильнее, а к тому же усиливается в вечерние часы, когда люди возвращаются домой, и «коммунальное» потребление электричества возрастает. Именно поэтому датский проект запускается с заделом на перспективу, а сам остров строится «между густонаселенных берегов». Впоследствии рядом с ним планируется возвести еще не менее двух подобных островов, создав целый «ветроэнергетический хаб». Находиться он будет здесь:
Не менее заманчивые перспективы, связанные со строительством искусственных островов, открываются и в углеводородной энергетике. Еще в 2013 году появились проекты, связанные с созданием искусственных островов для разработки нефтяного месторождения Закум в Персидском заливе. Проектом занимаются Объединенные Арабские Эмираты – как мы уже знаем, эта страна поднаторела в постройке фешенебельных искусственных островов. С географической точки зрения Персидский Залив сопоставим с Северным Морем: добытую нефть легко направить на материк при помощи трубопровода для последующей переработки. Сама нефть залегает не слишком глубоко, а в заливе отсутствуют сильные штормы и течения. При этом буровые платформы приобретают дополнительную устойчивость, будучи возведены на суше, даже искусственной. Вокруг платформы возводятся вспомогательные постройки. Сам же остров хорошо подходит для обустройства нефтяного резервуара, обеспечивающего временное хранение добытой нефти. Получается такая картина:
Технические детали месторождения приведены здесь. Наиболее серьезным ограничивающим фактором при применении искусственных островов в нефтедобывающей промышленности является малая глубина, на которой они могут конкурировать с обычными платформами (15-20 метров). Кроме того, вряд ли искусственные острова можно будет применять на северных шельфах, где им потребуется обеспечить достаточную прочность, чтобы их не повреждали полярные льды.
Неспокойное Южно-Китайское море
Пожалуй, наиболее взрывоопасный аспект строительства островов связан с их применением в качестве военных (военно-воздушных) баз. Именно в таком направлении развивает эту технологию Китай. Выше мы убедились в том, что постройка искусственного острова для аэропорта Кансай была отлично выполнена еще в конце прошлого века. Китай, осваивающий спорные территории вдали от своих южных берегов, предпочитает строить новые острова, а не захватывать уже существующие. Вернее, Китай придерживается гибридной стратегии: с 2016 года он надстраивает рифы. Рифы не пригодны ни для обитания, ни для контроля над морскими путями, ни для добычи углеводородов. В 2019 году на шельфе Южно-Китайского моря обнаружены внушительные запасы природного газа, и Китай явочным порядком объявляет о намерении приступить к их разработке до 2023 года. Китаю требуются искусственные острова на месте рифов Спратли, расположенных в спорных водах: на эту территорию также претендуют Филиппины. Подробный разбор китайской экспансии и сопутствующей милитаризации Южно-Китайского моря по состоянию на 2020 год дан здесь. Суть претензий Филиппин, США и их союзников в регионе заключается в том, что, по данным спутниковых снимков, Китай располагает на искусственно расширенных островах в архипелаге Спратли свои ракеты и средства радиоэлектронной борьбы.
Заключение
Впрочем, применимость любых новых технологий в военной сфере чуть реже чем всегда дает мощный толчок к развитию этих разработок. Поэтому в обозримом будущем остается с интересом наблюдать за возведением искусственных островов и архипелагов. Пока остается еще раз подчеркнуть поразительную многогранность этой новой технологии:
Искусственные острова могут спасать мегаполисы от перенаселения, как это происходит в Гонконге, либо служить для концентрации исключительной роскоши, как в Катаре и ОАЭ
Искусственные острова – это плацдармы для развития «черной» и «зеленой» энергетики
Искусственные острова служат как для изоляции вредных производств и отходов, так и в целом позволяют улучшить экологию, поскольку при их использовании остаются нетронутыми естественные острова, обладающие аналогичной площадью и географическим положением
Искусственные острова особенно нужны в Восточной Азии и, в частности, в Японии, где при их возведении приходится учитывать сейсмические факторы и, соответственно, развивать сопутствующие технологии.
Логичным продолжением описанных здесь тенденций и наработок было бы создание большого искусственного острова, устланного солнечными панелями. Материалов о подобных проектах я не нашел – но непременно вернусь к теме, если встречу.