利用海浪力量重建岛屿并与海平面上升作斗争

研究人员在这张照片的左下角准备了一个潜水装置。Skylar Tibbits副教授说：“与我们在马尔普斯的合作者一起，我们正在设计，测试，建造和部署潜水器，这些潜水器仅基于其与海浪和海流的几何关系促进了特定区域的沙子积聚。” 。

在马尔珀斯，麻省理工学院的一个小组正在进行实验，通过改变自然沙运动的方向来对抗海平面上升。

由于全球气候变化导致海平面上升，包括印度洋的马尔普斯在内的许多岛屿国家都面临生存威胁。由建筑学系设计研究副教授Skylar Tibbits领导的一组MIT研究人员正在测试利用自然自身力量来帮助维护和重建受威胁的岛屿和海岸线的方法。

在未来的几十年中，全球约40％的人口生活在沿海地区，这些地区受到海平面上升的威胁，但很少有成熟的措施可以应对这种威胁。一些人建议建造隔离墙，疏coastline海岸线以重建海滩，或建造漂浮的城市以逃避不可避免的情况，但寻求更好方法的搜寻仍在继续。

麻省理工学院的研究小组受到了马尔佩斯大学Invena的邀请，Invena看到了研究人员在自组装和自组织方面的工作，并希望就解决海平面上升的解决方案进行合作。最终的项目现已显示出令人鼓舞的初步结果，在短短四个月内沉积了一个半英尺的局部沙子积聚。麻省理工新闻社要求Tibbits描述新方法及其潜力。

最终的项目现已显示出令人鼓舞的初步结果，在短短四个月内沉积了一个半英尺的局部沙子积聚。

问：数百年来，人们一直试图改变和控制沙子的流动。这种新的，不同的海滩和海岸线重建方法的灵感是什么？

A：当我们第一次访问Malpes时，我们被带到了刚刚形成的当地沙洲。令人难以置信的是，只有大约几个月的时间，就能看到大约100米长，20米宽的沙洲大小，以及超过1米深的沙量，它们完全是自己建造的。我们了解到，这些沙洲是根据海洋和水下测深法在一年中的不同时间出现和消失的。当地历史学家向我们介绍了他们将如何与海洋合作，种植植物以扩张岛屿或改变形状。这些通过沙子自组织来增加土地质量的自然而又协作的方法与人类从深海疏sand沙子（也用于岛屿填海）形成了鲜明的对比。在疏通一个岛所花费的时间（数月之内）中，我们通过卫星图像观看了三个不同的沙洲形成的过程。

我们开始意识到，如果我们能够理解为什么沙洲会自然形成并利用这种自然的自组织现象，那么由挖泥造成的能源，时间，金钱，劳力以及对海洋环境的破坏可能就可以停止。我们实验室和野外实验的目的是测试有关沙洲形成原因的假设，并将其转化为促进沙洲在战略位置积累的机制。

我们相信，通过与海洋的自然力量合作，我们可以促进沙子结构的自组织，以发展岛屿和重建海滩。我们认为，这是解决问题的可持续方法，最终可以扩展到世界各地的许多沿海地区，就像森林管理被用来帮助加强和保护森林免受无节制的大火或过度生长一样。

问：您能描述一下该系统的工作原理，以及它如何利用海浪的能量在需要的地方堆积沙子吗？

A：我们与马尔普斯地区的合作伙伴一起，正在设计，测试，建造和部署潜水设备，这些潜水设备仅基于其与海浪和海流的关系而促进了特定区域内的沙子积聚。在我们的第一个野外实验中，我们用耐用的帆布制成了气囊，然后将它们缝成精确的坡道几何形状。通过我们的第二个现场实验，我们从数百个实验室实验中获得了最好的设计，并用土工膜制造了它们。在两个实验中，我们都用沙子填充了膀胱以使其称重，然后将其浸没在水下。对于我们的下一个野外实验，我们正在制造具有内部舱室的气囊，该舱室的功能类似于潜艇中的压舱物，从而使气囊下沉或漂浮并快速移动或展开。每个实验都试图使制造和安装过程尽可能简单和可扩展。

我们正在测试的最简单的机制是位于海底并垂直上升到水面的类似斜坡的几何形状。据我们所知，我们看到的是，当水流过坡道的顶部时，在另一侧形成湍流，将沙子和水混合，然后进行泥沙输送。沙子开始积聚在坡道的背面，不断堆积在坡道的顶部。我们已经测试了许多其他几何图形，这些几何图形试图最大程度地减小环绕效果，或者将累积量集中在特定区域，并且我们正在继续寻找最佳几何图形。在许多方面，它们的行为类似于自然深度变化，礁石结构或火山岩层，并且在促进沙粒堆积方面可能起类似作用。我们的目标是创建这些几何的适应性版本，以便在季节变化或暴风雨增加时可以轻松地移动，重新定向或部署这些几何。

自2018年以来，我们一直与MIT（地球，大气和行星科学系）的Taylor Perron合作，在麻省理工学院的实验室中进行实验。我们已经建造了两个波浪池，用于测试各种波浪条件，沙性和几何形状，以促进积聚。目的是使我们的实验室实验和模型与马尔佩斯两个主要季节特定的实际条件相匹配。到目前为止，我们已经完成了数百个储罐实验，并正在使用这些研究来获得对导致最大砂粒堆积量最大的机理的直觉和见识。这些实验室实验中最好的一项然后每年两次被翻译成现场实验。

问：您如何能够检测和量化实验的效果，以及继续和扩展该项目的计划是什么？

A：自从在2019年2月安装我们的第一个现场实验以及在2019年10月/ 11月安装我们的第二个现场实验以来，我们已经收集了卫星图像，无人机镜头和物理测量数据。卫星图像和无人机画面可以直观地显示出沙子的堆积；但是，要从这些图像中定量出沙子的数量是具有挑战性的。因此，我们严重依赖于物理深度测量。我们将一系列坐标发送给Malpes的合作者，然后由他们乘船或滑水橇出这些坐标并进行深度测量。然后，我们考虑到日期/时间以及与潮高的关系，将这些测量值与之前的测量值进行比较。

通过我们最新的野外实验，我们一直在收集图像和物理测量值以分析沙粒堆积。自从11月以来，我们现在看到大约20米x 30米的区域内积聚了大约半米（约20英寸）的新沙子。在大约四个月的时间内，大约有300立方米的沙子积聚。我们认为这些是有希望的早期结果，是长期计划的一部分，我们的目标是继续在马尔佩斯和世界各地的其他地方测试这些方法。

我们最近获得了国家地理勘探拨款，并计划今年晚些时候和2021年再回到马尔佩斯进行两次野外安装。我们的长期目标是创建一个潜水结构系统，以适应动态天气条件，自然生长和重建海岸线。我们旨在扩展此方法，并将其调整为适合世界各地的许多位置，以帮助重建和稳定人口稠密的海岸线和脆弱的岛国。