تجمد الأرض

التجميد الاصطناعي للتربة هو أسلوب إنشائي يُستخدم في الحالات التي تتطلب تثبيت التربة لمنع انهيارها بجوار مواقع الحفر، أو لمنع تسرب الملوثات المتسربة إلى التربة. ^{[ 1 ]} استُخدم التجميد الاصطناعي للتربة لأول مرة عام 1862 في سوانزي، جنوب ويلز، المملكة المتحدة، بواسطة شركة سيبي جورمان وشركاه. طُبّق النظام لحفر بئر منجم فحم. ^{[ 2 ]}

تُمرر أنابيب عبر التربة المراد تجميدها، ثم تُمرر مواد التبريد عبر هذه الأنابيب، مما يؤدي إلى تجميد التربة. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

تستخدم بعض مشاريع تجميد التربة الاصطناعية محلول ملحي شائع كمادة تبريد، ^{[ 4 ]} لكن مشاريع أخرى تستفيد من استخدام مواد تبريد أكثر غرابة، مثل النيتروجين السائل ^{[ 1 ] [ 5 ]} أو ثاني أكسيد الكربون الصلب (الثلج الجاف) . ^{[ 6 ]}

تم احتواء التربة الملوثة بالعناصر المشعة التي تسربت من محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية في اليابان من خلال التجميد الاصطناعي للأرض. ^{[ 1 ]}

استخدم مشروع في بوسطن يُعرف باسم " الحفرة الكبيرة" تقنية تجميد التربة الاصطناعية خلال بعض عمليات حفر الأنفاق، مما سمح ببناء أنفاقه الواسعة تحت أو عبر التربة التي تدعم البنية التحتية القائمة والتي كان من الصعب أو المكلف دعمها باستخدام أساليب الحفر التقليدية. ^{[ 1 ]}

في شمال كندا وألاسكا القطبية، تُستخدم أنظمة أنابيب سلبية لا تتطلب أي طاقة خارجية للحفاظ على تجمد الأرض. ^{[ 7 ]} تعتمد هذه الأنظمة على مبخرات مدفونة في الأرض ومشعات فوق سطح الأرض مملوءة بسائل تبريد. عندما تنخفض درجات الحرارة المحيطة عن درجات حرارة الأرض، يبدأ بخار السائل بالتكثف في المشع، مما يقلل الضغط في النظام ويؤدي إلى غليان السائل في المبخر وتبخره. ينتج عن هذه العملية انتقال الحرارة من الأرض إلى الهواء، مما يحافظ على تجمد الأرض بشكل دائم. ^{[ 8 ]}

قدم هاني وإيفيرجين (2023) طريقة جديدة لأخذ عينات من التربة الحبيبية دون الإخلال بحالتها الطبيعية؛ واقترحا استخدام التجميد الاصطناعي للتربة، وهي تقنية لتحسين التربة، كخيار في الموقع لتطبيقات الحفر العميق. ^{[ 9 ]}

• قام هاني وإيفيرجين بدراسة الخصائص الميكانيكية والبنيوية الدقيقة لمزيج من نشارة الخشب والجليد المُجمد صناعيًا (بايكريت)، وهو مادة بناء مركبة تستخدم خصائص مشابهة لنشارة الخشب المُجمدة، ومدى ملاءمته للاستخدام كهيكل داعم. [ ^{10 ] بالإضافة} إلى ذلك، طورا منهجًا غير مقترن حراريًا وهيدروميكانيكيًا لمحاكاة جدار غشائي من البايكريت لإجراء تحليل عددي باستخدام طرق العناصر المحدودة. ^{[ 11 ]}