Arktika altyapısı, erimeye başlayan donmuş zemin üzerine kuruldu – Permafrost değişikliklerini tespit etmek için dronlar

İngilizce kaynak metin, Arktika’daki kalıcı donmuş zeminin (permafrost) ısınmaya başlamasıyla altyapının tehdit altında olduğunu ve bu değişimi izlemek için dron teknolojisinin devreye girebileceğini aktarıyor. Alaska’nın Wainwright kasabasında yüzeyin altındaki büyük buz kütlelerinin erimesiyle yolların çökmesi, binaların eğilmesi ve boru hatlarının çatlaması gibi risklerin ortaya çıktığı belirtiliyor. 2025 yılında yapılan bir tahmine göre permafrost erimesinin Alaska’daki sadece bina ve yol hasarı maliyeti 37 ile 51 milyar dolar arasında olması öngörülüyor.

Wainwright, Alaska gökten bakıldığında Chukchi Deni ile geniş, düz bir tundra arasındaki kararlı görünen ev ve yollar şeridi gibi görünür. Ancak yüzeyin altında, bu kasabanın üzerine kurulduğu donmuş zeminde büyük buz kütleri bulunur. Erozyona uğrayan kıyı kayalıkları boyunca gizli buzlar ortaya çıkıyor ve gerçekten eriyip gidiyor.

Bu yalnızca bir manzara değişikliği değil. Kalıcı olarak donmuş zemindeki buzun erimesiyle yollar çökebilir, binalar eğilebilir, boru hatları çatlayıp sızdırabilir ve kıyı şeritleri geri çekilerek evlerin okyanusa çok yakın bir şekilde kalmasına yol açabilir. Sivil mühendis olarak son on yıldır Arktika sıcaklıklarının küresel ortalamadan iki ile üç kat daha hızlı yükseldiği bir dönemde permafrostun ve altyapının nasıl tepki verdiğini inceliyorum.

Buzlu zemin temel olarak kullanıldığında

Permafrost, en az iki yıl boyunca art arda 32 derece Fahrenheit (0 derece Celsius) ya da daha soğuk sıcaklıklarda kalan zemindir. Yer buzundan zengin bölgelerde erime, zeminin altyapıyı taşıma yeteneğini temelden değiştirir.

Onlarca yıl binaları, yolları ve boru hatlarını tutan donmuş toprak, sıcaklık yükseldikçe ve parçacıkları birleştiren buz zayıfladıkça çökmeye başlayabilir. Yer buzu eriyip su tahşil ettikçe yüzey alçalır. Evlerin, yolların ve diğer altyapının ağırlığı zemini daha da çökertebilir.

Bu süreç son derece düzensizdir. Bir şehir bloğu kadar yakın konumlar çok farklı miktarda buz ve donmamış su içerebilir. Yollar ve binalar kar birikimini ve su tahşilini de değiştirir.

Kıyı boyunca, permafrost erimesi kıyı bölgelerini dalgalar ve erozyona daha açık hale getirir. Utqiaġvik’te 2023 ve 2024 yıllarında bir kayalığın kısmi çöküşü, eriyen kenarı yolların ve binaların yakınına getirdi. Dalgalar alttan malzeme sökerken, ısınma üstteki donmuş zemini zayıflatmış ve karenin çökmesine neden olmuştur.

Tundra’nın altındaki görüntü

Bir ev veya yol inşa etmeden önce geliştiricilerin bilmesi gereken kritik bilgilerin çoğu yerin altındadır. Ancak donmuş toprağa yoğun kuyular açarak aşağıdaki zemin örnekleri almak pahalı, rahatsız edici ve son derece emek gerektiridir.

Jeofizik görüntüleme bu boşlukları doldurabilir.

Ekim ekibimle çalıştığım yöntemlerden biri çok düşük frekanslı elektromanyetik tarama (VLF-EM)’dır. Uzak vericilerden gelen elektromanyetik sinyalleri kullanır ve zeminin nasıl tepki verdiğini ölçer. Doğrudan temas gerektirmediğinden, hafif bir sensör wetland’lar ve erimeye duyarlı tundra üzerinde dronla taşınabilir.

Elektromanyetik tarama özellikle Arktika kıyılarında kullanışlıdır. Dondurulmayan tuzlu su, buzdan zengin donmuş zeminden çok daha iyi elektrik iletir; bu nedenle ortaya çıkan farklar zeminin eridiği bölgeleri ortaya çıkarabilir.

VLF-EM mükemmel bir yeraltı resmi üretmez – derinlik tahminleri belirsiz olabilir – ancak mühendislerin yakından bakması gereken yerleri belirleyebilir.

Ölçümlerden öngörülere

Altyapı 20, 50 ya da daha uzun yıllar hizmet verebilir; bu yüzden bugünün yeraltı koşullarını haritalamak yeterli değildir. İnşaacılar, koşulların on yıllar sonraki halinin nasıl görüneceğini bilmelidir.

Araştırma grubum, mühendislerin dikkat ettiği iki niceliğe erimenin etkisini projeleştirme üzerine çalışıyor: zeminin ne kadar çökeceği ve bir temelin taşıyabileceği yük miktarı.

2026 yılında yapılan bir çalışma ile Alaska’nın Arktika Kıyı Ovası’ndaki permafrost kararlılığını inceledik. Bu kuzey kıyı bölgesi Prudhoe Körfezi ve Alaska petrol endüstrisinin büyük kısmını kapsayan operasyonları içerir.

Dünyanın sera gazlarını yüksek oranda yaymaya devam ettiği, sıcaklıkları hızla yükselten bir senaryoda, risk altındaki altyapının oranı yüzyılın ortalarına kadar %10’un altında kalıyor; ancak 2060’lar ile 2080’ler arasında hızla artıyor. 2090’lara gelindiğinde ise binaların yaklaşık %80’inin, yolların %60’ının ve boru hatlarının %90’ının çöken araziden hasar görme riski altında olması öngörülüyor.

Buzlu bölgelerin altyapısını izlemek için dijital ikiz (digital twin) olarak adlandırılan bilgisayar modelleri de geliştiriyoruz. Bu dijital ikizler gerçek dünyadaki değişen ortamları ve yaşlanan altyapıyı taklit eder ve olası gelişmeleri öngörmek için kullanılabilir.

Utqiaġvik’te bir yol dolgusunda ekibimiz sıcaklık ve sismik veri toplamak için optik lif kablolar kullandı. 2026 yılında yapılan bir çalışmada, yaklaşık 330 fit (100 metre) uzunluğundaki bir bölümün ölçümlerini kullanarak ısı transferi fiziği ile makine öğrenimini birleştiren bir bilgisayar modelini güncelledik. Yeni veriler geldikçe dijital ikiz, permafrost sıcaklığındaki değişimlerin ve altyapının performansının öngörülerini iyileştirmek için uyum sağlar.

Amaçımız dronlar ve jeofizikle araziyi haritalamak, sensörlerle değişimleri izlemek ve bilgisayar modelleriyle bu değişimlerin altyapıyı nasıl etkileyeceğini öngörmektir.

Gelecek için hazırlık

Komunitelerin tehlike alanlarının nerede gelişebileceği, bu tehlikelerin önümüzdeki on yıllarda nasıl değişebileceği ve hangi altyapının etkilenebileceğini gösteren kullanımı kolay araçlara ihtiyacı var.

Permafrost erimesi çoğu zaman çevresel bir problem olarak tanımlanır. Arktika’da aynı zamanda mühendislik problemi deidir. Mühislerin yüzeyin altında olanı ne olduğunu daha iyi görmesi ve sonraki adımı öngörmesi, komunitelerin nerede izleme, güçlendirme, onarma ya da uyum sağlama kararı verebilmesi için kendilerine daha fazla zaman tanır.