CRREL surgió de la consolidación de tres organizaciones antecedentes cuyo propósito era entender el suelo helado, el permafrost, la nieve y el hielo como factores importantes en zonas estratégicas del norte durante la Guerra Fría . En sus primeros 25 años, los investigadores del CRREL contribuyeron a la comprensión de los casquetes polares, el permafrost y la tecnología de ingeniería para desarrollar recursos naturales en climas fríos, como Alaska. Más recientemente, los investigadores del CRREL han hecho contribuciones a la ciencia en materia de cambio climático, la comprensión de la propagación de ondas para sistemas de sensores, el control de la nieve en estructuras y el hielo en vías navegables y la remediación ambiental de instalaciones militares.
Áreas de misión
La misión declarada de CRREL es "resolver problemas interdisciplinarios y estratégicamente importantes del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., el Ejército, el DOD y la Nación mediante el avance y la aplicación de la ciencia y la ingeniería a entornos, materiales y procesos complejos en todas las estaciones y climas. con competencias básicas únicas relacionadas con las regiones frías de la Tierra". [2]
Muestreo de sedimentos de lodo en busca de contaminantes que estaban causando la muerte de aves acuáticas en Eagle River Flats, cerca de Anchorage, Alaska .
Las áreas técnicas en las que supuestamente participa el personal de CRREL son: [3]
Procesos biogeoquímicos en suelos : abarca la gestión y remediación de tierras de entrenamiento militar y la caracterización de cómo sobreviven los microorganismos en suelos sujetos a congelación. [4]
El destino y el transporte de sustancias químicas en el medio ambiente : aborda la detección y la modelización de la distribución y el movimiento de contaminantes químicos en los suelos. Incluye temas relacionados con la degradación del permafrost . [6]
Hidrología e hidráulica : abarca los procesos relacionados con el hielo en ríos, esclusas y presas y sus efectos en los barcos. El apoyo a este esfuerzo es la base de datos CRREL Ice Jam. [7] También aborda la hidrología de la nieve caracterizando la distribución y las tasas de escorrentía de la nieve, utilizando diversas técnicas de investigación. [8]
Simulación del terreno, que representa la probabilidad de detectar helicópteros desde el centro de la cuadrícula.
Apoyo a la maniobrabilidad militar y operaciones aéreas – Aborda la movilidad de vehículos sobre terrenos sujetos a nieve, hielo, congelamiento y deshielo. Incluye la operación de aeronaves en sitios de aterrizaje mínimamente mejorados. El trabajo relacionado aborda las operaciones en la Antártida, apoyando el transporte sobre hielo y las pistas de nieve y hielo. [9]
Propagación de señales a sensores y sistemas de imágenes : abarca el uso de radares de penetración terrestre, radares, sensores sísmicos y sensores acústicos para desarrollar métodos para modelar la propagación de señales sísmicas, acústicas y de ondas milimétricas a través de diversos medios. Esta investigación se aplica a la detección de municiones sin detonar y objetivos militares. [10]
Procesos terrestres y meteorológicos en regiones frías – Aborda el estado del terreno natural y artificial para modelar sus características físicas. Abarca la ciencia del hielo marino y los glaciares hasta los procesos a microescala que representan la formación de nieve y cristales de hielo. Los problemas científicos incluyen el cambio climático global y la influencia del clima en la aviación y el transporte. [11]
Evaluación de tensioactivos para controlar el petróleo en agua infestada de hielo dentro de la cuenca de prueba refrigerada de Ice Engineering Facility .Túnel de permafrost CREEL 1987
Cámaras Frías para experimentación con materiales congelados
Un Centro de Investigación de los Efectos de las Heladas (FERF), dedicado al estudio de sistemas de suelo a gran escala, como pavimentos.
Una Instalación de Ingeniería del Hielo (IEF), que se dedica al estudio de los efectos del hielo en vías navegables, problemas de hidrología e hidráulica, inundaciones y otros asuntos que puedan resultar de la formación de hielo.
Una instalación de sistemas de información geográfica y teledetección (RS/GIS)
Instalaciones para probar recubrimientos expuestos a ambientes de hielo y sal en Fairbanks y Treat Island, Maine. [14]
Otros laboratorios cubren temas de química, biología e ingeniería civil. [15]
CRREL mantiene una oficina en Fort Wainwright , cerca de Fairbanks, Alaska, y una oficina en el Distrito de Alaska del Cuerpo de Ingenieros del Ejército en Anchorage, Alaska . [13]
Cámara frigorífica para estudio de nieve y hielo en SIPRE
Los antecedentes y el establecimiento de CRREL se relataron en una historia oficial. [17] En 1944-53, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. estableció tres organizaciones independientes que fueron los antecedentes de CRREL. Dentro de su División de Nueva Inglaterra, el Cuerpo de Ingenieros fundó el Laboratorio de Efectos de las Heladas para "coordinar la investigación sobre los efectos de las heladas en el diseño y construcción de carreteras, aeródromos y estructuras en áreas afectadas por las heladas", con sede en Boston, Massachusetts , en 1944. El Distrito de St. Paul (Minnesota) del Cuerpo de Ingenieros estableció su División de Permafrost en 1944 para determinar los métodos de diseño y los procedimientos de construcción para la construcción de aeródromos sobre permafrost .
El Cuerpo estableció SIPRE (el Establecimiento de Investigación sobre Nieve, Hielo y Permafrost) en 1949, que se trasladó a Wilmette, Illinois , en 1951. Su propósito era "realizar investigaciones básicas y aplicadas en nieve, hielo y suelo helado". En 1953, el Cuerpo fusionó el Laboratorio de Efectos de las Escarcha y la División de Permafrost del Distrito de St. Paul para establecer ACFEL (Laboratorio de Construcción y Efectos de las Escarcha del Ártico) en Boston. En 1959, los investigadores del SIPRE participaron en el establecimiento del Camp Century en Groenlandia para estudiar cuestiones técnicas y científicas con una instalación basada en la capa de hielo de Groenlandia . Habiendo construido una nueva instalación para las organizaciones combinadas SIPRE y AFCEL, el Cuerpo estableció CRREL el 1 de febrero de 1961 en Hanover, New Hampshire.
1961-1986
Perforación térmica utilizada para perforar la capa de hielo de Groenlandia en Camp Century
Durante su primer cuarto de siglo, los investigadores y el personal del CRREL estuvieron activos en el Ártico , la Antártida , Alaska y los Grandes Lagos , proporcionando datos de la historia climática, abordando cuestiones de extracción de recursos y ampliando la navegación invernal.
Perforando capas de hielo
En 1966, los investigadores del CRREL perforaron con éxito la capa de hielo de Groenlandia hasta una profundidad de 4550 pies (1390 m). El esfuerzo duró tres años, pero proporcionó un núcleo de hielo continuo que representó más de 120.000 años. Esto amplió la capacidad de los científicos para interpretar la historia climática y se convirtió en una de las primeras fuentes de información sobre el cambio climático global . En 1968, el mismo equipo CRREL fue el primero en penetrar la capa de hielo de la Antártida, después de perforar más de 2200 m (7100 pies) de hielo, proporcionando un récord climático en un segundo lugar del mundo. [17] [18]
Facilitar el desarrollo petrolero de la vertiente norte de Alaska
El descubrimiento de petróleo en 1967 al norte de la Cordillera Brooks de Alaska planteó dos preguntas básicas que CRREL estaba en condiciones de responder como consultor de las compañías petroleras participantes: cómo extraer petróleo de terrenos congelados, permafrost o bajo el perennemente congelado Mar de Beaufort , y cuál es la mejor manera de transportar el petróleo crudo a los Estados Unidos continentales para su refinación y consumo.
Los miembros del personal de CRREL participaron en la exploración de dos opciones de transporte, el uso de un petrolero rompehielos y el uso de un oleoducto terrestre que cruzaría gran parte de Alaska sobre regiones de permafrost. En cuanto al mar de Beaufort, los investigadores del CRREL realizaron estudios sobre las propiedades y el comportamiento del hielo marino ártico , que presentaría un problema para las operaciones de perforación en alta mar. [19] Los investigadores del CRREL participaron activamente en ambos viajes del petrolero rompehielos SS Manhattan para evaluar la viabilidad de la opción de transporte marítimo. Al mismo tiempo, los ingenieros del CRREL revisaron y asesoraron al inspector federal del Oleoducto Trans-Alaska . Durante la construcción del oleoducto, los investigadores del CRREL estudiaron las implicaciones de ingeniería de los cimientos y carreteras sobre permafrost y hielo. [17] [20]
Navegación en agua dulce
En la década de 1970, CRREL apoyó una iniciativa del Cuerpo de Ingenieros para extender la navegación a través de los Grandes Lagos y la vía marítima de San Lorenzo durante todo el invierno. Desarrollaron métodos para abordar la formación de hielo en las esclusas y la obstrucción de las vías fluviales con hielo flotante que incluían barreras, burbujeadores y revestimientos de las esclusas. [17] [21]
CRREL jugó un papel ayudando a la Fuerza Aérea de EE. UU. a establecer [22] y mantener un sistema de instalaciones de la Línea de Alerta Temprana Distante (DEW) durante la era de la Guerra Fría . En 1976, un investigador del CRREL jugó un papel decisivo en el traslado de una instalación DEW Line de 10 pisos de altura y 3.300 toneladas en la capa de hielo de Groenlandia desde una base que había sido comprometida por el movimiento del hielo sobre el que estaba construida hasta un nueva fundación. [23]
En 1984, el personal de CRREL completó sus informes de estudio para 31 sitios del nuevo Sistema de Alerta Norte que reemplazó la línea DEW. [17] [24]
En 1972 comenzó un intercambio científico continuo entre el CRREL y las instituciones de investigación de las regiones frías soviéticas, entre ellas el Instituto de Investigación del Ártico y la Antártida en Leningrado y el Instituto de Investigación del Permafrost en Yakutsk . [17]
1986-presente
Los segundos 25 años de CRREL vieron la disolución de la Unión Soviética , el fin de la Guerra Fría y un cambio en la financiación que redujo el énfasis de las asignaciones directas del Congreso a una mayor dependencia del reembolso de la investigación por parte de los clientes de CRREL, como lo demuestra el patrocinio de sus informes técnicos. [25] Los clientes que financiaron la investigación de CRREL incluyeron varios componentes del Ejército, la Fuerza Aérea y la Armada de los EE. UU. Además, las agencias civiles recurrieron al CRREL en busca de respuestas de investigación, incluida la Fundación Nacional de Ciencias , la Agencia de Protección Ambiental y la NASA . Además, una variedad de organizaciones privadas financiaron la investigación del CRREL para resolver los problemas que enfrentaban. La lista de informes técnicos de CRREL enumera 27 categorías temáticas, que cubren ciencia e ingeniería. [26]
investigación militar
Vehículo del ejército maniobrando en condiciones de deshielo.
CRREL continuó aumentando su capacidad para servir al ejército estadounidense con programas de propagación de señales que facilitarían la detección de movimientos enemigos mediante imágenes infrarrojas , radar , [27] sensores acústicos [28] o sísmicos [29] en cualquier condición meteorológica. Atendió las necesidades medioambientales del ejército de EE. UU. al facilitar la identificación y limpieza de contaminantes en terrenos de entrenamiento, debido principalmente a explosivos parcialmente detonados [30] o municiones sin explotar (UXO). [31] Otros investigadores abordaron problemas de movilidad con vehículos sobre nieve y terreno fangoso. Los investigadores del CRREL participaron en la definición de los requisitos de pista táctica para el avión de transporte militar C-17 . [32]
El personal del CRREL siguió dejando huella en la investigación polar, tanto en el Ártico como en la Antártida. En el Ártico, los investigadores del CRREL participaron activamente en la modelización del transporte marítimo en la Ruta del Mar del Norte [33] y en el experimento del Balance de Calor de la Superficie del Océano Ártico (SHEBA), llevado a cabo en el Océano Ártico de octubre de 1997 a octubre de 1998 para proporcionar información polar a la economía global. modelos climáticos . [34] [35] Otros investigadores realizaron travesías por la Antártida y Groenlandia para recopilar datos pertinentes al cambio climático global . [36] En 2010, un investigador del CRREL fue codirector científico de otra misión científica basada en un rompehielos , llamada "Impactos del cambio climático en los ecosistemas y la química del medio ambiente del Pacífico Ártico" o ICESCAPE, para determinar "el impacto del cambio climático en la biogeoquímica y la ecología de los mares de Chukchi y Beaufort ". [37]
Otros investigadores del CRREL desarrollaron formas de mejorar y mantener las instalaciones de investigación de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. en la Antártida, incluido el diseño y la construcción de una nueva estación en el Polo Sur y el desarrollo de criterios para permitir que aviones modernos aterricen en pistas de nieve. [38] El personal del CRREL exploró y ayudó a desarrollar una nueva ruta de suministro terrestre a través de la Plataforma de Hielo de Ross sobre la Cordillera Antártica y la capa de hielo de la Antártida para reducir el costo de suministro a la Estación del Polo Sur. [39] [40] En 2016, los ingenieros civiles de investigación de CRREL diseñaron, construyeron y probaron una nueva pista de nieve para la estación McMurdo , llamada "Phoenix". Está diseñado para albergar aproximadamente 60 salidas anuales de aviones de transporte pesados con ruedas. [41]
En su misión de Obras Civiles del Cuerpo de Ingenieros , los investigadores del CRREL desarrollaron formas innovadoras de evitar atascos de hielo y bases de datos para abordar la aparición generalizada de tales problemas. [42] Se construyó una importante instalación de ingeniería de hielo para respaldar el modelado de estos problemas. Se crearon una instalación y una organización de teledetección y SIG (sistema de información geográfica) para emplear mejor los recursos de imágenes satelitales y cartografía de información para abordar problemas en todo el mundo. [43] Otra instalación importante, la Instalación de Investigación de Efectos de las Heladas, fue construida para estudiar los problemas asociados con los aeródromos y las carreteras, sujetos a heladas y deshielos. Se adquirió una máquina de carga automatizada para simular el paso de neumáticos de vehículos y aviones sobre pavimentos. [44] En tecnología de construcción, los investigadores ayudaron a desarrollar medios estadísticos para identificar cargas de nieve y hielo en todo Estados Unidos [45] y estándares para medir la pérdida de calor, [46] [47] detección de humedad en techos, [48] y aguas poco profundas protegidas contra heladas. cimientos. [49]
Reordenación
En octubre de 1999, CRREL se convirtió en miembro de una organización coordinadora de laboratorios del Cuerpo de Ingenieros, llamada Centro de Investigación y Desarrollo de Ingenieros (ERDC). La consolidación de siete laboratorios, los Laboratorios Costero e Hidráulico, Ambiental, Geotécnico y de Estructuras, y de Tecnología de la Información en Vicksburg, Mississippi ; el Laboratorio de Investigación en Ingeniería de la Construcción en Champaign, Illinois ; CRREL en Nuevo Hampshire; y el Centro de Ingeniería Topográfica en Alexandria, Virginia , establecieron el ERDC en cuatro sitios geográficos alrededor del país. [50]
Remediación de derrames de tricloroetileno
Originalmente, las instalaciones de cámaras frigoríficas de CRREL utilizaban tricloroetileno (TCE) como refrigerante. En ese momento se conocían pocos peligros ambientales atribuidos al TCE. Posteriormente, el TCE ha sido identificado como carcinógeno. En 1970, un accidente industrial provocó un derrame de aproximadamente 3000 galones de TCE. En 1978, se introdujo TCE en el suelo a través de un pozo experimental. Después del descubrimiento de TCE en aguas subterráneas en 1990, CRREL se embarcó en un plan de remediación, aprobado por el Departamento de Servicios Ambientales de New Hampshire (NHDES), con la asistencia de la Agencia de Materiales Tóxicos y Peligrosos del Ejército de EE. UU. y la División de Nueva Inglaterra del Cuerpo de Ingenieros. NHDES informa que CRREL ya no almacena TCE en el sitio y la remediación de TCE en el agua subterránea está sujeta a monitoreo en pozos de prueba. [51] Según un comunicado de prensa del Ejército citado en el periódico local, [52] el Ejército amplió el monitoreo de TCE en otros lugares en el campus de CRREL y encontró algunas lecturas elevadas en 2011. Posteriormente, iniciaron un programa de monitoreo de pozos y muestreo de suelos. para mapear las concentraciones de la sustancia en el sitio. La información obtenida debería conducir a una nueva estrategia de limpieza para el sitio, según el informe de 2012. [53] Los especialistas medioambientales del ejército han detectado TCE en propiedades residenciales y escolares vecinas. [54] [55]
Premios
Investigación y desarrollo del ejército
El Premio al Logro en Investigación y Desarrollo del Ejército se otorga a investigadores distinguidos que trabajan dentro del sistema de laboratorios del Ejército. Algunos destinatarios notables de CRREL fueron: [17]
1967 – Lyle Hanson para la perforación de núcleos de hielo en Groenlandia y la Antártida. Wilford Weeks por su investigación sobre la formación y las propiedades físicas del hielo marino. [56]
1970: Guenther Frankenstein por el trabajo del SS Manhattan y su asistencia en la recuperación de un B-52 derribado . [56]
1971 – James Hicks por técnicas de dispersión de niebla para aeródromos. [56]
1976: Pieter Hoekstra, Paul Sellmann, Steven Arcone y Allan Delaney por desarrollar técnicas de exploración geofísica del subsuelo, relacionadas con el oleoducto Trans-Alaska. Malcolm Mellor por su investigación en la excavación y voladura de nieve, hielo y suelo congelado, lo que permitió la rápida excavación de suelo congelado y para cortar el hielo de las paredes de las esclusas, y la voladura controlada de una gran pared de hielo en la Antártida para proporcionar un muelle para el atraque de buques de abastecimiento. [56]
1977: Malcolm Mellor por desarrollar principios de ingeniería fundamentales para el diseño de máquinas excavadoras. [56]
1978 – Wayne Tobiasson por el traslado de una instalación de la Línea de Alerta Temprana Distante (DEW) de 10 pisos de altura y 3300 toneladas en la capa de hielo de Groenlandia, ahorrando aproximadamente $1,5 millones. [56]
1979 – Frederick Crory por su asesoramiento en la construcción del oleoducto Trans-Alaska, relacionado con cimientos de pilotes en permafrost. [56]
1980 – Wilford Weeks por establecer una base científica para los problemas de ingeniería relacionados con el hielo flotante, especialmente el hielo marino. [56]
1982 – George Ashton por el estudio de los procesos térmicos del hielo en ríos y lagos, lo que permite el control de la formación de hielo con burbujeadores de aire y descargas de agua caliente. [56]
1983: Michael Ferrick por ayudar a la NASA a predecir la formación de hielo en los tanques de combustible superenfriados del transbordador espacial Columbia . Yoshisuke Nakano, Joseph Oliphant y Allan Tice por el uso de técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN) para investigar el contenido y el transporte de agua en suelos congelados. David Deck por el diseño de una estructura de control del hielo brasileño para mitigar las inundaciones recurrentes. [56]
1985 – Richard L. Berg, Edwin J. Chamberlain Jr., David M. Cole y Thaddeus C. Johnson por técnicas que permitieron calcular el flujo de calor y humedad durante la congelación y descongelación de sistemas de pavimento. [56]
1986: John H. Rand y Ben Hanamoto por desarrollar un sistema para controlar el hielo en las esclusas de navegación del Cuerpo de Ingenieros del Ejército. [56]
1987 – Michael G. Ferrick por desarrollar una teoría hidráulica que describía la ruptura del hielo de los ríos. Thomas F. Jenkins Jr. y Daniel C. Leggett por un método analítico estándar que determina los niveles de explosivos residuales en las aguas residuales de la planta de municiones del ejército. Malcolm Mellor, Mark F. Wait, Darryl J. Calkins, Barry A. Coutermarsh y David A. L'Heureux por sus técnicas para desplegar puentes de cinta en ríos cubiertos de hielo. Steven A. Arcone, Paul V. Sellman y Allan J. Delaney por utilizar técnicas geofísicas para caracterizar las propiedades del subsuelo del permafrost. [56]
1988 – Edwin J. Chamberlain Jr., Iskander K. Iskander y C. James Martel por técnicas para procesar lodos de depuradora, material de dragado y sedimentos, y para la descontaminación de sitios de desechos peligrosos mediante congelación. George L. Blaisdell por su investigación sobre vehículos de ruedas que funcionan en la nieve. David S. Deck por utilizar agua de estanque de refrigeración de una planta de generación de energía para evitar la formación de atascos de hielo en los ríos. Frederick C. Gernhard y Charles J. Korhonen por un dispositivo que repara rápidamente ampollas en membranas de techos acumuladas. [56]
1989 – Rachel Jordan por un modelo analítico para predecir la temperatura de la superficie de una capa de nieve. [56]
1990 – Austin Kovacs y Rexford M. Morey por sistemas de radar y de inducción electromagnética que miden el espesor del hielo marino y del hielo de agua dulce y sus propiedades electromagnéticas del hielo marino, y una comprensión de la tasa de alerta global. [56]
1991 – Edgar L. Andreas por mejorar la comprensión de los efectos de la turbulencia del aire en la transmisión óptica. [56]
1995: Daniel Lawson, Steven Arcone y Allan Delaney por técnicas de radar de penetración terrestre para caracterizar desechos tóxicos y peligrosos del subsuelo. James Welsh y George Koenig por ser pioneros en la capacidad de generación de escenas infrarrojas térmicas sintéticas. [56]
1996 – Donald G. Albert por las teorías que describen la propagación acústica y sísmica en presencia de suelo helado o nieve. [56]
1998 – Kathleen F. Jones por un nuevo mapa estándar nacional para el diseño de cargas de hielo en estructuras como líneas eléctricas y torres de comunicación. [56]
2001 – Robert E. Davis por promover las teorías físicas asociadas con el modelado del estado del terreno, la hidrología y la teledetección. [56]
2004 – D. Keith Wilson por una teoría y modelado de la propagación del sonido que permite simulaciones realistas de efectos acústicos atmosféricos, utilizando cuasiondas que describen la turbulencia atmosférica. [56]
2005 – D. Keith Wilson (con Sandra L. Collier y David H. Martin) por la teoría y el modelado de la propagación del sonido, utilizando la teoría del dominio del tiempo y métodos numéricos para la propagación del sonido en materiales porosos y fluidos turbulentos en movimiento, también para la incorporación de dispersión. mediante cálculos de turbulencia atmosférica de propagación del sonido. [57]
2008: Steven Arcone, Yeohoon Koh y Lanbo Liu por comprender la propagación de ondas de radio sobre el terreno, utilizando un enfoque Doppler para medir la dispersión directa de ondas de radio en ángulos cercanos al pastoreo. Antonio Palazzo y Timothy Cary por el desarrollo de nuevos germoplasmas para su uso en campos de entrenamiento militar. [58]
2009: David Cole y Mark Hopkins (con John Peters) por integrar el conocimiento de materiales granulares a través del modelado de elementos discretos validado por resultados experimentales. [59]
Premios de laboratorio del ejército
Como laboratorio, CRREL recibió premios del Ejército por excelencia en 1975 y 1978. [17] En 1991 y 1994, CRREL ganó el premio al Laboratorio del Año del Ejército por excelencia. [60] [61] En 1997, el laboratorio ganó el premio general al Laboratorio del Año del Ejército. [62] Después de unirse a ERDC en 1999, CRREL ha contribuido constantemente a los logros que permitieron a ERDC convertirse en un ganador frecuente del premio al Laboratorio de Investigación del Año del Ejército, cinco veces en sus primeros ocho años. [63]
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