防海水侵蝕不用再建堤防 科學家靠電流讓海砂成天然水泥

【文‧黃嬿】

全世界都在為暖化引發的各種極端氣候做各種適應準備，其中海平面上升與極端風暴正在侵蝕沿海地區，傳統方法需要耗費鉅資，興建堤防、架高地面，或是最壞情況下搬遷社區，但往往礙於時間與資金而進度緩慢，遇到自然災害總是措手不及。現在美國科學家想到一個解決方案，只要電流就可以自然強化海砂，讓沙灘自然成為堅固的海岸防線。

美國國家海洋暨大氣總署 (NOAA) 高級沿海災害專家表示，全球海平面正在上升，原因是海洋溫度升高，導致海水膨脹，然後是冰川，主要是大型大陸冰川的影響。全球四成人口聚集在沿海城市，美國也是一樣，根據 NOAA 的預測，到 2050 年，美國海岸線的海平面預計將平均上升 20 公分以上，相當於 1920 年至 2020 年的成長總量。

然而，面對氣候變遷和海平面上升，以及愈來愈強烈的風暴，沿海工程師幾乎沒有辦法解決沿岸侵蝕問題，他們只會建造海堤，或是波浪沖走海灘砂石之後，就用卡車運來更多沙子，這兩種方法的效果都不會超過幾年。注入塑膠或其他物質來幫助固結鬆散的沙子，則會對環境產生有害影響。

美國科學家從蛤蜊和貽貝等海洋生物中汲取靈感，這種生物會自然利用海水中溶解的礦物質來形成貝殼。科學家發現，只要對浸有海水的沙子施加溫和的電流，引發化學反應，就可將天然存在的礦物質，轉化為固體碳酸鈣、氫氧化鎂或水菱鎂礦，等於在沙粒之間形成天然水泥。

實驗室實驗顯示各種類型的砂子，包括普通矽砂、鈣質砂和鐵砂都有很好的結果。研究指出，只需向沙子和海水混合物施加 4 伏特電壓，持續 28 天就會引發礦化。強度測試顯示，新形成的岩石強度約為混凝土的十分之一，但海岸線已足夠抵禦侵蝕的力量。這種方法可以用來加固海岸線房屋下方的地基，也可以用來修復現有混凝土結構中的一些裂縫。

環境與經濟成本都很低

礦化方法使用的電壓很低，因此海洋生物感覺不到。比起傳統方法，成本也很低，研究表示，每立方公尺處理過的地面，電固結製程的成本約為 3 至 6 美元，而相同體積的傳統黏結技術的成本可能高達 70 美元。此外，這種方法也可逆，在需要時可以溶解凝固的沙子。

目前的緩解沿岸遭受侵蝕的策略，例如建造海堤或打入水泥成本很高，且可能對環境造成破壞，也無法持久，年久失修後容易倒塌，禁不起海水的衝擊。這項只以電流打造天然水泥的新技術，可以以最低的成本或對生態系統影響最小的的情況下解決這些難題，目前研究團隊現在進行實地測試，進一步驗證該技術在現實條件下的有效性。該研究已刊登在《通訊地球與環境》期刊。

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