極地科學家用氣球建隧道：新技術既結實又環保

1967年，美國放棄了位於格陵蘭島的一個絕密軍事基地，原因是其地下隧道在冰層的重壓下坍塌了。這也是在世界上最寒冷和最偏遠的地區工作的科學家所熟悉的問題，他們同時還必須處理有限的基礎設施和缺乏建築材料帶來的問題。如今，北極研究人員設計出了一種創造性的解決方案——在雪層下吹一些大氣球，從而形成結實的令人驚訝同時又環保的圓柱形隧道。

科學家用巨大的氣球在格陵蘭冰蓋上製造隧道。圖片來源：EastGRIP, www.eastgrip.org

這一技術的先驅、丹麥哥本哈根大學物理學家Jorgen Peder Steffensen說，這個方法就像是在做一個熱狗。Steffensen說:「利用吹雪機，我們吹出了一條溝渠。這就好比是小圓麵包。」他同時也是東格陵蘭冰核項目（EastGRIP）的後勤主管，這是一項專註於了解冰蓋歷史的研究工作。

Steffensen說：「我們用的是一隻巨大熱狗形狀的氣球，我們在它的表面下充氣。然後我們再把雪覆蓋到這些氣球上。」在這裡，這些雪就像是「熱狗」的調味品。「接下來，氣球頂部的雪層就慢慢變硬了。」幾天後，氣球被放氣並被取走，留下的隧道便可以為科學家提供住所、工作室或儲物空間了。

在過去，格陵蘭島和南極洲的極地工程師使用扁平的木樑或弧形的鋁板，在結滿冰的牆壁和地板上建造天花板。雪會堆積在天花板的上面並逐漸變硬。然而隨著時間的推移，冰層會慢慢變形並收縮，導致天花板下垂和牆壁收縮，最終可能完全閉合在一起。這也就是在美國的秘密基地——所謂的「世紀營」中發生的一切。

Steffensen說，與傳統方法相比，氣球技術具有幾個優勢。首先，由於弓形的固有強度，圓柱形隧道的收縮速度略慢於矩形的強化天花板。在一個由氣球形成的測試隧道中，工程師測量的年收縮幅度為25厘米，而傳統結構的年收縮幅度為27厘米。

Steffensen同時指出，在圓柱形隧道中，任何收縮都可以更容易地進行處理。在沒有支撐的情況下，團隊成員可以用鋸子切割逐漸侵入的牆壁，進而重新擴大房間，並且沒有倒塌的危險。這項技術還有一個環境優勢——舊技術所需要的金屬或木材需要用燃料密集型的貨運飛機進行運輸，而且比氣球重很多倍。在天花板變形後，通常無法從冰層下重新獲取支撐材料，因此研究人員必須把它們留在地下。

Steffensen於2012年在格陵蘭的另一處基地首次嘗試了這一技術。去年夏天，他率領一個團隊在EastGRIP中建造了一個完整的隧道系統，共部署了8個氣球。其中最大的氣球長約40米，並且幾個氣球可以首尾相連地放置從而建造更長的隧道。

在去年夏天進行了初步的鑽探測試之後，今年夏天的鑽探工作已經全面開始，同時這些隧道還提供了持續涼爽的溫度。Steffensen說:「這對冰核來說是一個好消息，因為我們希望它們儘可能地保持寒冷。」

極地工程師對於在其他地方採用這種技術很感興趣。在南極洲康科迪亞研究站負責一個義大利研究團隊後勤工作的工程師Vincenzo Cincotti表示，他已經購買了兩個氣球，打算在下一個南極夏季測試其儲存設備的能力。儘管Cincotti相信氣球技術比運輸金屬或木材更便宜，但他還是急切地想知道，南極洲更乾燥和更寒冷的天氣是否會影響到形成隧道冰屋頂的積雪的堅硬程度。他說:「如果成功了，你可以用氣球來製造你需要的儘可能多的庇護所。」

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