Im vergangenen Monat hat Präsident Donald Trump Schritte unternommen, um ein Wahlversprechen zu erfüllen, das den bestehenden Grenzzaun der USA in eine "große, schöne" Mauer verwandeln soll. Am 25. Januar erließ das Weiße Haus eine Exekutivverordnung, in der die Schaffung einer „sicheren, zusammenhängenden und unüberwindbaren physischen Barriere… zur Verhinderung der illegalen Einwanderung, des Drogen- und Menschenhandels sowie terroristischer Handlungen“ angekündigt wurde. Das Büro, das mit der Durchsetzung der Grenzbestimmungen beauftragt ist, bemüht sich, diese Anordnung konkret umzusetzen.
Der heutige Zaun besteht aus ungefähr 100 km unterschiedlichen Segmenten, die aus einer Kombination von Stahlpfosten und -schienen, Metallblech, Kettengliedern, Fahrzeugbarrieren aus Beton und Drahtgeflecht bestehen. Es ist keine leichte Aufgabe, diesen Zaun durch eine 20- bis 50-Fuß-Betonkonstruktion zu ersetzen, die 1.000 der rund 2.000 Meilen der US-amerikanischen Grenze zu Mexiko überquert. Abgesehen davon, dass es sich um eine geplante mexikanische Klage handelt und das Privateigentum eines Großteils von Texas kontrolliert wird, gibt es ein weiteres Problem, auf das sich nur wenige eingehend beziehen: die Geologie.
Verglichen mit dem Bau eines Marmorpalastes oder einer Kirche mit hohen Kirchtürmen scheint es relativ einfach, eine Mauer zu errichten. Ist es nicht. (Fragen Sie einfach die Chinesen, deren Errichtung der Chinesischen Mauer 2000 Jahre gedauert hat und die keine Eindringlinge abwehren konnten.) Obwohl die meisten Wandkonstruktionen recht einfach sind, müssen sich die Bauherren an eine Vielzahl von Geländen anpassen, erklärt Gary Clendenin, ein leitender Hydrogeologe am ICF. Allein die südliche Grenze der USA besteht aus Wüste, Feuchtgebieten, Grasland, Flüssen, Bergen und Wäldern, die für Bauherren ganz unterschiedliche Probleme bereiten.
„Die Länge dieses Dings ist mit Herausforderungen verbunden, die in einem Bauprojekt normalerweise nicht zu bewältigen sind“, sagt Clendenin.
Können diese Hürden überwunden werden? Smithsonian.com fragte zwei Wissenschaftler, einen Geophysiker und einen Hydrogeologen, welche geologischen Faktoren die Bauherren der Mauer berücksichtigen sollten, wenn sie dieses ehrgeizige Projekt durchführen wollen.
An der fast 2.000 Meilen langen Grenze zwischen den USA und Mexiko befinden sich etwa 650 Meilen voneinander getrennte Zaunsegmente. Viele Segmente, wie das oben abgebildete, erlauben immer noch eine grenzüberschreitende Kommunikation. (Brian Auer / Alamy Stock Foto) Die Situation überblicken
Der Turm von Pisa sollte sich nie lehnen. Das zwischen 1173 und 1370 erbaute Off-Kilter-Bauwerk wurde auf etwa 30 Fuß feinen Flusssediments positioniert, unter denen sich eine Schicht aus uraltem Meereston befand. Aber als die Bauherren die Tonnen Marmor zusammensetzten, verdichteten sich die Flusssedimente nicht gleichmäßig. 1178, als die Arbeiten am dritten Stockwerk abgeschlossen waren, hatte der Turm bereits seine charakteristische Neigung erreicht.
Die italienische Regierung hat seitdem Millionen von Dollar ausgegeben, um sicherzustellen, dass dieses beliebte Wahrzeichen nicht umkippt. Solche strukturellen Misserfolge erinnern daran, dass es unseren Vorfahren zwar gelungen ist, viele beeindruckende Leistungen zu erbringen, „sie bleiben jedoch nicht unbedingt aufrecht“, so der Feldgeophysiker Mika McKinnon. Um diese Probleme heute zu umgehen, haben moderne Bauherren dem Bauprozess einen entscheidenden Schritt hinzugefügt: Vermessung. Dieser zeitaufwändige Schritt ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die resultierende Struktur auch in den kommenden Jahren auf festem Boden stehen kann.
Bevor ein einzelner Ziegelstein gelegt wird, versammeln sich Wissenschaftlerteams vor Ort, um eine Vielzahl von Details zu untersuchen, von der Tiefe des Grundgesteins bis zur Chemie des Bodens. Im Falle der Grenzmauer müssten sie die gesamte Länge des vorgeschlagenen Pfades durchqueren und in Segmenten arbeiten, um die Region auszuwerten, Daten zu sammeln und Pläne zu entwickeln. (Diese Notwendigkeit macht das Errichten von Wänden, insbesondere von Wänden, die sich über Tausende von Kilometern erstrecken, schwieriger als beispielsweise den Bau eines 95-stöckigen Wolkenkratzers.)
„Ehrlich gesagt würde das Jahre dauern“, sagt Clendenin, der sich auf lineare Projekte wie Eisenbahnen und Straßen spezialisiert hat. McKinnon stimmt zu. Ein Projekt, an dem sie gearbeitet hat, eine fünf Kilometer lange Pipeline, ist jetzt im fünften Jahr der Felduntersuchungen.
Die Anordnung von Trump sieht jedoch lediglich sechs Monate für alle Vermessungs- und Planungsarbeiten vor. In seiner langen Liste der erforderlichen Schritte heißt es in seiner Executive Order:
„Erstellen Sie eine umfassende Studie über die Sicherheit der Südgrenze, die innerhalb von 180 Tagen nach dieser Bestellung abgeschlossen sein muss und den aktuellen Stand der Sicherheit der Südgrenze, alle geophysikalischen und topografischen Aspekte der Südgrenze sowie die Verfügbarkeit von Bundes- und Landesgrenzen umfasst Ressourcen, die erforderlich sind, um eine vollständige operative Kontrolle der Südgrenze zu erreichen, und eine Strategie, um eine vollständige operative Kontrolle der Südgrenze zu erlangen und aufrechtzuerhalten. “
Als die Zoll- und Grenzschutzbehörde von Smithsonian.com kontaktiert wurde, lehnte sie es ab, den aktuellen Zeitplan für die Mauer zu kommentieren. In einer E-Mail hieß es: "Es wäre spekulativ, die Fragen zu beantworten, die Sie an dieser Stelle stellen." Für Wissenschaftler, mit denen Smithsonian.com gesprochen hat, wird es nicht so schnell gehen.
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Anreise nach Bedrock
Die prähistorische Stadt Petra ist ein Paradebeispiel für eine uralte geologische Vorausschau. Um das 4. Jahrhundert v. Chr. Schnitzten die Einwohner von Petra die Grundlage für diese einst geschäftige Handelsstadt direkt in die zerklüfteten Klippen aus rosa und braunem Sandstein zwischen dem Roten Meer und dem Toten Meer. Obwohl Wind und Regen drohten, die Struktur von oben nach unten zu zerfressen, hat ihre feste Verwurzelung im Grundgestein - dem festen Gestein, das unter den losen Schichten der Erde liegt - diese Struktur seit Tausenden von Jahren aufrecht erhalten.
Ein solches Fundament im Fels ist ein Schlüsselmerkmal beim Bau einer Megastruktur, sagt McKinnon. Für etwas so Umfangreiches wie eine 1.000-Meilen-Mauer, die über 20 Fuß hoch steht, müssen Bauherren das Ganze unter der Oberfläche am darunter liegenden Felsen verankern, wenn sie möchten, dass es aufrecht bleibt.
Das Problem ist, dass es ein Trottel sein kann, an den Fels zu kommen. In großen Grenzbereichen liegt eine dicke Schicht loser Sedimente - Schmutz, Böden, Sand - auf dem Grundgestein. In einigen Regionen ist das Grundgestein mehrere hundert, wenn nicht sogar mehrere tausend Meter tief. "An manchen Stellen wird das Grundgestein zu tief sein - Sie werden das Grundgestein niemals auf erschwingliche Weise erreichen können", sagt McKinnon.
„Das ist in Ordnung, wenn Sie ein kleines Haus bauen möchten, weil es nur auf dem Fundament schwimmt“, fügt sie hinzu.
Aber wenn Sie eine Megastruktur bauen, "haben Sie ein Problem", sagt sie.
Der Grenzzaun, der durch die kalifornischen Algodones-Sanddünen verläuft, ist von besonderer Bauart, um der sich ständig ändernden Dünenumgebung gerecht zu werden. Die schmalen, 15 Fuß hohen Pfosten "schweben" über dem Sand und können vertikal bewegt werden, wenn sich die Dünen verschieben. (Grenzschutz der Vereinigten Staaten, Department of Homeland Security) Das heißt nicht, dass es unmöglich ist, auf Sand zu bauen. Um solche Strukturen sicher zu errichten, führen die Geophysiker heute umfangreiche seismische Untersuchungen durch, um das zu erfassen, was darunter liegt. Um diese Bilder zu erstellen, installieren sie Reihen von spitzenartigen Geophonen, bei denen es sich um 3D-Mikrofone handelt, die winzige Bodenschwingungen erfassen und in ein elektrisches Signal umwandeln. Dann machen sie ein großes Geräusch, oft durch Auslösen einer Explosion oder durch Verwendung eines schweren Gewichts, um auf den Boden zu stoßen. Die Geophone zeichnen die Streuung und Reflexion von Schwingungen auf, um unterirdische Strukturen abzubilden und Probleme zu erkennen, die unter der Oberfläche liegen können.
McKinnon hatte eines dieser Probleme aus erster Hand beim Bau eines Wasserkraftwerks, das über ein Tal gebaut werden sollte, das sich über eine Meile erstreckte. Das Team führte alle erforderlichen Untersuchungen in der Region durch und stellte fest, dass sich unter ihrem Flussbett ein zweiter Kanal befand, der in Erde vergraben war. „Wenn wir es nicht gefunden hätten und versucht hätten, unseren Damm quer zu bauen, dann hätte das Wasser den alten Kanal darunter gerade erodiert und wir hätten einen Fluss unter unserem Damm gehabt“, sagt sie.
Es gibt zwei Möglichkeiten, um solche Probleme mit Sedimenten zu lösen: das Sediment verdichten und eine tiefere Grundlage hinzufügen. Für eine Wand, die ungefähr 20 Fuß hoch ist, sollte sich das Fundament sechs bis acht Fuß unter der Oberfläche erstrecken, sagt Clendenin. Alle diese Schritte sind teuer und zeitaufwändig. Aber schauen Sie sich eine davon an und "Sie bekommen Ihre Situation mit dem Schiefen Turm von Pisa", sagt McKinnon.
Natürlich verfügen viele moderne Regionen nicht über die wirtschaftlichen Ressourcen, um solche Untersuchungen durchzuführen und tiefe Fundamente zu errichten. Die Städte in Kampanien, Italien, sind auf lockeren Sedimenten gebaut, die zum Abgleiten neigen - eine Situation, die durch lokale Abholzung der Vegetation und ungeregelte Bauweise, die normalerweise nicht über ausreichende Fundamente verfügt, verschlechtert wird. Diese Faktoren machen sie anfällig für die Launen der Geologie ihrer Region: Als 1998 ein Schlammlawine durch die Stadt plätscherte, brachen die Häuser unter dem Gewicht und der Bewegung des Schlamms zusammen und ließen mindestens 95 Tote zurück.
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Schmutz-Drama
"Etwas, das keine Mauer liebt / das den gefrorenen Boden unter sich aufbläht", beginnt Robert Frosts Gedicht "Mending Wall". Frost war vielleicht kein geologischer Gutachter, aber eines hat er richtig verstanden: Wenn es darum geht, Mauern zu bauen, ist die Schwellung des Bodens ein großes Problem. Aus diesem Grund beginnen die Vermesser, nachdem sie die Art des Gesteins und der Erde, auf denen sie bauen werden, beurteilt haben, den Schmutz zu untersuchen.
Sedimente, insbesondere in tonreichen Materialien, können Wasser aufnehmen und wie ein Schwamm in einer Wasserschale anschwellen. Die daraus resultierenden Schwellungs- und Schrumpfungszyklen in nassen und trockenen Perioden können das Fundament von Strukturen aufbrechen. Und diese Arten von Böden sind in vielen Staaten verbreitet, in denen die Grenzmauer gebaut werden soll, einschließlich Texas und Teilen von New Mexico. Tatsächlich wird etwa die Hälfte der amerikanischen Häuser auf Böden gebaut, die sich erheblich ausdehnen, und laut der American Society of Civil Engineers erleidet fast die Hälfte dieser Häuser jährlich Bodenschäden.
Schmutz kann auch das Stützsystem der Wand verschlingen. Böden, die von Natur aus sauer sind oder einen hohen Chloridgehalt aufweisen, können eisenreiche Metalle schnell abbauen, sagt McKinnon. Diese Böden könnten „jede schöne große Metallbewehrung angreifen, die Sie dort einsetzen, um Ihr Fundament zu stabilisieren“, sagt sie. Andere Böden enthalten einen hohen Anteil an Sulfaten, eine Verbindung, die im üblichen mineralischen Gips enthalten ist und sowohl Metalle als auch Beton abbaut. Sulfatreiche Böden sind in den sogenannten Trans-Pecos-Böden entlang der Grenze im südwestlichen Arm von Texas weit verbreitet.
Die Aufrechterhaltung einer solch langen Struktur ist eine Herausforderung. Und selbst wenn eine solche Mauer errichtet werden kann, bleibt die Höhe des Budgets, das erforderlich ist, um sie aufrecht zu erhalten, unklar. (Kevin Foy / Alamy Stock Foto) "Sie werden Hunderte, wenn nicht Tausende von verschiedenen Arten von Böden auf einem [so langen] linearen Weg begegnen", sagt Clendenin. (Tatsächlich gibt es allein in Texas über 1.300 Bodenarten.) Viele dieser Böden sind nicht die richtige Art, um darauf zu bauen. Zu diesem Zeitpunkt haben angehende Mauerbauer zwei Möglichkeiten: Sie müssen mehr Zeit und Geld aufwenden, um die vorhandenen Böden auszugraben und durch besseren Schmutz zu ersetzen - oder sie meiden die Region insgesamt.
Eine Sache, die sie jedoch nicht immer vermeiden können, sind Regionen, die von Erdbeben und Überschwemmungen bedroht sind. Flüsse verlaufen entlang eines beträchtlichen Teils der Grenze zwischen den USA und Mexiko, was zu einer sehr realen Hochwassergefahr führen kann. Das Bauen neben Flüssen kann auch unerwartete rechtliche Probleme aufwerfen: Gemäß einem Vertrag von 1970 muss der Zaun vom Rio Grande zurückgesetzt werden, der die texanisch-mexikanische Grenze begrenzt. Aus diesem Grund schneidet der derzeitige Zaun das Eigentum des Texas-Grundbesitzers und weist Lücken auf, die den Grundbesitzern den Durchgang ermöglichen.
Erdbeben sind auch im Westen der USA relativ häufig. Je nach Bauart könnten einige dieser Zittern Risse oder Brüche in der Wand verursachen, sagt McKinnon. Ein Beispiel ist das Erdbeben der Stärke 7, 2, das 2010 in der Nähe der kalifornisch-mexikanischen Grenze auftrat, so Austin Elliott, ein Postdoktorand an der Universität Oxford, dessen Forschung sich auf die Erdbebengeschichte konzentriert. "Wenn es eine Mauer in El Centinela [einem Berg im Norden Mexikos] gegeben hätte, wäre sie ausgeglichen worden", schreibt Elliott auf Twitter.
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Selbst wenn alle ordnungsgemäßen Umfragen abgeschlossen und die Kontrollkästchen aktiviert sind, ist der Erfolg nicht garantiert. "Es gibt nur so viele Dinge, die erledigt werden müssen, bevor man überhaupt die erste Schaufel Schmutz herausschaufelt", sagt Clendenin.
Trotz all unserer modernen Vermessungsinstrumente und sorgfältigen Planung wird Sie die Erde immer noch überraschen, fügt McKinnon hinzu. "Dieser Teil, den Sie für langweilig und einfach und leicht vorhersehbar hielten, ist tatsächlich total kompliziert", sagt sie. „Sehen Sie sich eine größere Baugrube für ein U-Bahn-System, eine größere Brückenkonstruktion oder einen großen Turmkomplex an. Alle hatten zuvor intensive Untersuchungen, umfangreiche Entwurfsphasen und mussten noch während des Baus modifiziert werden. “
Nach der Bekanntgabe von Trumps Executive Order ging McKinnon zu Twitter, um sich ahnungsvoll an die Folgen einer Unterschätzung der Erde zu erinnern. "Die Erde vergibt nicht schlampig", schrieb sie. Sie fügte in einem Interview hinzu: "Ignorieren Sie die Geologie auf Ihre Gefahr."
