DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-68120-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41593074
تاريخ النشر: 2026-01-27
المؤلف: Martina Caruso وآخرون
الموضوع الرئيسي: كشف الزلازل وتحليلها
نظرة عامة
تسلط هذه القسم الضوء على التأثير البيئي للزلازل على قطاع البناء، مع التأكيد على الانبعاثات الكربونية الكبيرة الناتجة خلال عمليات الإصلاح وإعادة الإعمار بعد الكوارث. يقدم المؤلفون خريطة مخاطر زلزالية تحدد الكربون المتجسد المرتبط بالأضرار التي تلحق بالمباني السكنية والتجارية والصناعية عبر أوروبا. من خلال تطوير قاعدة بيانات موحدة لكميات المواد وعوامل الكربون لمواد البناء وأنواع المباني المختلفة، يدمجون هذه المعلومات في نموذج مخاطر زلزالية احتمالية على نطاق قاري.
تشير النتائج إلى أن مخزون المباني في أوروبا يحتوي على حوالي 14 مليار طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون (CO₂e)، مع مساهمة الأضرار الزلزالية بمعدل 6.6 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنويًا، استنادًا إلى أكثر من ثلاثة ملايين سيناريو زلزالي. هذه المساهمة السنوية قابلة للمقارنة مع الانبعاثات الناتجة عن ملايين السيارات أو عشرات الآلاف من الرحلات عبر المحيط الأطلسي. تعتبر النماذج ومجموعات البيانات التي تم إنشاؤها في هذه الدراسة أداة قابلة للتوسع والنقل لإدماج الاستدامة في جهود تقليل مخاطر الكوارث وتعزيز التنمية المقاومة للمناخ.
مقدمة
يساهم قطاع البناء بشكل كبير في القضايا البيئية، لا سيما انبعاثات غازات الدفيئة (GHG)، واستنزاف المواد الخام، وتوليد النفايات. في المناطق المعرضة للمخاطر الطبيعية، مثل الزلازل، يتصاعد التأثير البيئي بسبب الانبعاثات الضخمة الناتجة خلال جهود التعافي، والتي تشمل إدارة الحطام وإعادة الإعمار. تركز تقييمات دورة الحياة الحالية (LCAs) بشكل أساسي على البناء المخطط واستخدام الطاقة التشغيلية، متجاهلة الانبعاثات الناتجة عن الأنشطة الناجمة عن الكوارث. على سبيل المثال، أنتجت زلازل تركيا وسوريا في عام 2023 حوالي 210 مليون طن من الحطام، مما أدى إلى أكثر من 60 مليون طن من انبعاثات مكافئ ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن إدارة النفايات وحدها.
تتضمن تقييمات مخاطر الزلازل عادة نماذج احتمالية تقيم الأضرار والخسائر المحتملة من الزلازل، معبرًا عنها كخسارة سنوية متوسطة (AAL) ومعدلة إلى نسب خسارة سنوية متوسطة (AALRs). ومع ذلك، لا يزال تقدير الكربون المتجسد المرتبط بأضرار الزلازل غير مستكشف بشكل كافٍ، مما يحد من إدماج الاستدامة في أطر مرونة الكوارث. تهدف هذه الدراسة إلى معالجة هذه الفجوة من خلال تقدير الكربون المتجسد المرتبط بالأضرار الناجمة عن الزلازل عبر مخزون المباني في أوروبا، وتطوير مجموعة بيانات شاملة تكمل نماذج التعرض الحالية للمباني الأوروبية. ستسهل هذه المجموعة، التي تتضمن بيانات التأثير البيئي لمواد البناء وأنواع المباني المختلفة، التقييمات الوطنية والإقليمية للبصمة الكربونية في قطاع البناء، ويتم إتاحتها للجمهور من خلال مستودع GitHub وخدمة بيانات البيئة المبنية EPOS.
طرق
في قسم “الطرق”، يحدد المؤلفون نهجهم لتقدير الكربون المتجسد المرتبط بالأضرار الزلزالية في المباني، مع التأكيد على الحاجة إلى تقديرات موثوقة للكربون البديل عبر أنواع المباني المختلفة. تعتبر هذه التقديرات ضرورية لإجراء تقييمات المخاطر ويجب أن تشمل الانبعاثات من مراحل دورة الحياة المتعددة: إنتاج المواد (الوحدات A1-A3)، البناء (الوحدات A4-A5)، وعمليات نهاية العمر المرتبطة بالهدم. لتقدير عوامل الكربون المتجسد (ECFs) لمواد البناء والمكونات، جمع المؤلفون بيانات تأثير بيئي شاملة من مصادر منشورة. تتضمن مجموعة البيانات الناتجة، المتاحة على مستودع GitHub، ECFs للمواد الفردية (مثل حديد التسليح، والخرسانة الجاهزة) والتجمعات النموذجية (مثل العوارض الخرسانية المسلحة، والفواصل الطوبية)، مع التركيز على المكونات التي من المحتمل أن تتعرض لأضرار زلزالية.
بالنسبة لمرحلة البناء والانبعاثات في نهاية العمر، استخدم المؤلفون منهجيات مبسطة استنادًا إلى الإرشادات الحالية. تعتبر ECFs المقدمة في الجدول 1 قيمًا متوسطة، مع معاملات تباين تتراوح من 0.17 إلى 0.80، مما يشير إلى تباين في البيانات الأساسية. ومن الجدير بالذكر أن المواد المستخدمة على نطاق واسع مثل الخرسانة الجاهزة والطوب الطيني المجوف تظهر معاملات أقل (أقل من 0.35)، مما يشير إلى مستوى ثابت من عدم اليقين في التقديرات الخاصة باستبدال المباني.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تُبلغ الدراسة عن أحجام التأثير، التي تُظهر تأثيرًا كبيرًا للمتغير المستقل على المتغير التابع، مما يعزز الفرضية المطروحة في البداية.
علاوة على ذلك، توضح التمثيلات البيانية للبيانات، مثل الرسوم البيانية المتناثرة والرسوم البيانية العمودية، الاتجاهات الملاحظة في النتائج، مما يوفر سياقًا بصريًا للنتائج الرقمية. يختتم القسم بمناقشة تداعيات هذه النتائج، مع التأكيد على أهميتها في مجال الدراسة الأوسع وتطبيقاتها المحتملة في الممارسة العملية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول العلاقة بين المتغيرات المدروسة، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق.
مناقشة
تقدم البحث قاعدة بيانات مفتوحة الوصول تحدد الكربون المتجسد المرتبط باستبدالات المباني في أوروبا، بهدف تعزيز تقييمات مخاطر الزلازل. تتماشى هذه المبادرة مع استراتيجية “البناء بشكل أفضل”، التي تؤكد على أهمية دمج الاستدامة والمرونة في إعادة الإعمار بعد الكوارث. تتضمن قاعدة البيانات قيم الكربون المتجسد التفصيلية لمختلف أنواع المباني، مما يعكس ممارسات الهندسة الأوروبية المعاصرة، وتبرز أن الكربون المتجسد الناتج عن الأضرار الزلزالية يجب أن يُحسب بناءً على الاستبدالات الحديثة بدلاً من الهياكل القديمة. تكشف التحليل أن إنتاج المواد يساهم باستمرار بأكثر من 85% من إجمالي الكربون المتجسد، حيث تظهر المباني المصنوعة من الطوب المسلح والخرسانة أعلى الانبعاثات بسبب تركيبها المادي.
تقوم الدراسة أيضًا بتوسيع نموذج التعرض الأوروبي من خلال دمج بيانات الكربون المتجسد، مقدرة أن إجمالي الكربون المتجسد لمخزون المباني الأوروبية يبلغ حوالي 14 مليار طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون. تؤكد هذه الرقم على التأثير البيئي الكبير لقطاع البناء، لا سيما في دول مثل ألمانيا وفرنسا وإيطاليا. بالإضافة إلى ذلك، يقدم البحث مقياس الكربون المتجسد السنوي المتوسط (AAEC)، الذي يحدد انبعاثات الكربون المرتبطة بالأضرار الزلزالية والإصلاحات، كاشفًا عن إجمالي سنوي يبلغ 6.6 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون. يعد هذا المقياس أداة حاسمة لصنع القرار في إدارة مخاطر الكوارث والتخطيط للاستدامة، مما يبرز الحاجة إلى ممارسات بناء منخفضة الكربون وتجديد الهياكل للتخفيف من التأثيرات البيئية المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-68120-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41593074
Publication Date: 2026-01-27
Author(s): Martina Caruso et al.
Primary Topic: Earthquake Detection and Analysis
Overview
This section highlights the environmental impact of earthquakes on the construction sector, emphasizing the significant carbon emissions generated during post-disaster repairs and reconstruction. The authors present a seismic risk map that quantifies the embodied carbon associated with damage to residential, commercial, and industrial buildings across Europe. By developing a harmonized database of material quantities and carbon factors for various construction materials and building types, they integrate this information into a probabilistic seismic risk model at a continental scale.
The findings indicate that Europe’s building stock embodies approximately 14 billion tonnes of CO₂ equivalent (CO₂e), with seismic damage contributing an average of 6.6 million tonnes of CO₂e annually, based on over three million earthquake scenarios. This annual contribution is comparable to the emissions produced by millions of cars or tens of thousands of transatlantic flights. The models and datasets created in this study serve as a scalable and transferable tool for incorporating sustainability into disaster risk reduction efforts and promoting climate-resilient development.
Introduction
The construction sector significantly contributes to environmental issues, particularly greenhouse gas (GHG) emissions, raw material depletion, and waste generation. In regions prone to natural hazards, such as earthquakes, the environmental impact escalates due to the massive emissions generated during recovery efforts, which include debris management and reconstruction. Current life-cycle assessments (LCAs) primarily focus on planned construction and operational energy use, neglecting the emissions resulting from disaster-induced activities. For instance, the 2023 Türkiye-Syria earthquakes produced approximately 210 million tonnes of debris, leading to over 60 million tonnes of CO₂ equivalent emissions from waste management alone.
Seismic risk assessments typically incorporate probabilistic models that evaluate potential damage and losses from earthquakes, expressed as average annual loss (AAL) and normalized into average annual loss ratios (AALRs). However, the quantification of embodied carbon associated with earthquake damage remains underexplored, limiting the integration of sustainability into disaster resilience frameworks. This study aims to address this gap by estimating the embodied carbon linked to earthquake-induced damage across Europe’s building stock, developing a comprehensive dataset that complements existing European building exposure models. This dataset, which includes environmental impact data for various construction materials and building types, will facilitate national and regional assessments of the carbon footprint in the construction sector and is made publicly accessible through a GitHub repository and the EPOS Built Environmental Data service.
Methods
In the “Methods” section, the authors outline their approach to estimating the embodied carbon associated with seismic damage in buildings, emphasizing the need for reliable replacement carbon estimates across various building types. These estimates are crucial for conducting risk assessments and must encompass emissions from multiple life-cycle stages: material production (modules A1-A3), construction (modules A4-A5), and end-of-life processes related to demolition. To quantify embodied carbon factors (ECFs) for construction materials and components, the authors compiled extensive European environmental-impact data from published sources. The resulting dataset, available on a GitHub repository, includes ECFs for both individual materials (e.g., steel rebar, ready-mix concrete) and typical assemblies (e.g., reinforced concrete beams, brick partitions), with a focus on components likely to sustain earthquake damage.
For the construction stage and end-of-life emissions, the authors employed simplified methodologies based on existing guidelines. The ECFs presented in Table 1 are average values, with coefficients of variation ranging from 0.17 to 0.80, indicating variability in the underlying data. Notably, widely used materials such as ready-mix concrete and hollow clay bricks exhibit lower coefficients (below 0.35), suggesting a consistent level of uncertainty in the estimates for building replacement.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the study reports on the effect sizes, which demonstrate a substantial impact of the independent variable on the dependent variable, reinforcing the hypothesis posited at the outset.
Furthermore, graphical representations of the data, such as scatter plots and bar graphs, illustrate the trends observed in the results, providing a visual context for the numerical findings. The section concludes with a discussion of the implications of these results, emphasizing their relevance to the broader field of study and potential applications in practice. Overall, the findings contribute valuable insights into the relationship between the studied variables, warranting further investigation.
Discussion
The research presents an open-access database that quantifies the embodied carbon associated with building replacements in Europe, aimed at enhancing seismic risk assessments. This initiative aligns with the “Build Back Better” strategy, which emphasizes the importance of integrating sustainability and resilience into post-disaster reconstruction. The database includes detailed embodied carbon values for various building types, reflecting contemporary European engineering practices, and highlights that the embodied carbon from seismic damage should be calculated based on modern replacements rather than outdated structures. The analysis reveals that material production consistently contributes over 85% of the total embodied carbon, with reinforced masonry and concrete buildings exhibiting the highest emissions due to their material composition.
The study further extends the European exposure model by incorporating embodied carbon data, estimating that the total embodied carbon of the European building stock is approximately 14 billion tonnes of CO₂ equivalent. This figure underscores the significant environmental impact of the construction sector, particularly in countries like Germany, France, and Italy. Additionally, the research introduces the Average Annual Embodied Carbon (AAEC) metric, which quantifies the carbon emissions associated with seismic damage and repairs, revealing an annual total of 6.6 million tonnes of CO₂ equivalent. This metric serves as a critical tool for decision-making in disaster risk management and sustainability planning, emphasizing the need for lower-carbon construction practices and structural retrofitting to mitigate future environmental impacts.