คลองปานามาทำให้น้ำไหลขึ้นเนินได้อย่างไร

ในป่าอันร้อนระอุของอเมริกากลางในช่วงต้นทศวรรษ 1900 คนงานหลายพันคนต้องทนทุกข์ทรมานท่ามกลางสายฝนและโคลนที่พยายามจะแยกปานามาออกครึ่งหนึ่งเพื่อที่จะเข้าร่วมมหาสมุทรแปซิฟิกกับทะเลแคริบเบียน แม้ว่างานที่ยากและสกปรกจะเกี่ยวข้องมากกว่าการขุดและการกระตุ้น การทำงานในคลองปานามาในยุคแรกเป็นเพียงการเอาตัวรอด

แต่สำหรับผลงานทางวิศวกรรมที่ก้าวล้ำทั้งหมดที่ประสบความสำเร็จในการสร้างคลองปานามาซึ่งเป็นหนึ่งในเจ็ดสิ่งมหัศจรรย์ของโลกสมัยใหม่ของ American Society of Civil Engineers เป็นการตัดสินใจที่จัดการกับมนุษย์มากกว่าเครื่องจักรที่พิสูจน์แล้วว่าสำคัญที่สุด

คนงานหลายพันคนอาจจะมากถึง 22,000 คนเสียชีวิตในขณะที่ชาวฝรั่งเศสพยายามขุดคลองเป็นครั้งแรก ไข้เหลืองกำลังอาละวาดที่เป็นโรคมาลาเรีย อุบัติเหตุในงานเสียชีวิตและพิการ เกือบ 80 เปอร์เซ็นต์ของแรงงานกำลังหลบหนีเมื่อชาวอเมริกันเข้ามารับงานในปี 2446

เมื่อวิศวกรชื่อดังJohn Frank Stevensมาถึงในปี 1905 งานแรกของเขาคือหยุดการสังหาร และนั่นหมายถึงการยอมรับความคิดที่ค่อนข้างใหม่ที่ว่าการควบคุมยุงซึ่งเป็นมาตรการที่นายแพทย์กองทัพสหรัฐฯวิลเลียมครอว์ฟอร์ดกอร์กาสนิยมใช้จะทำให้ไซต์งานปลอดภัย

“ ผู้ชายในยุคนั้นไม่สามารถคิดว่ายุงจะสามารถฆ่าผู้ชายที่แข็งแกร่งได้พวกเขาไม่เคารพในสิ่งนั้น” เจ. เดวิดโรเจอร์สศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมธรณีวิทยาของมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมิสซูรีกล่าว "สิ่งที่คุณต้องพิชิตเพื่อให้โครงการนั้นได้ผลคือปัญหาด้านสุขอนามัย"

ด้วยคำแนะนำของ Gorgas และภายใต้คำสั่งของ Stevens swamplands ถูกระบายออกและทุ่งหญ้าที่อยู่ใกล้กับคนงานถูกตัดออกเพื่อควบคุมยุง มีการใช้ยาฆ่าแมลง มีการคัดกรองไตรมาสของคนงาน ยุงตัวเต็มวัยถูกจับ ยาควินินให้กับผู้ชาย ผล: ไข้เหลืองในพื้นที่ทั้งหมด แต่ถูกกำจัดให้หมดไป และตามศูนย์ควบคุมและป้องกันโรคการเสียชีวิตจากโรคมาลาเรียในประชากรทั้งหมดลดลงจากสูงสุด 16.21 ต่อ 1,000 ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2449 เหลือ 2.58 ต่อ 1,000 ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2452

ความสำเร็จทางการแพทย์นั้นปูทางไปสู่ความมหัศจรรย์ทางวิศวกรรมที่ตามมา

ทำไมต้องสร้างคลองปานามา

หลังจากได้เห็นความสำเร็จของทางน้ำอื่น - คลองสุเอซของอียิปต์ซึ่งเปิดในปีพ. ศ. 2412 - อเมริกามองเห็นทางลัดผ่านอเมริกากลางเพื่อเสริมสร้างความแข็งแกร่งในฐานะมหาอำนาจสองมหาสมุทร

ก่อนที่คลองปานามาจะเปิดเรือต้องเดินทางไปทั่วอเมริกาใต้เพื่อไปยังอีกฟากหนึ่งของประเทศ ไม่นานหลังจากที่ USS Maine จมใน Havana Harbour ในปีพ. ศ. 2441 USS Oregon ได้เดินเรือจากชายฝั่งตะวันตกรอบ Cape Horn ทางตอนใต้ของชิลีไปจนถึงคิวบา การเดินทางใช้เวลา 66 วัน จะต้องใช้เวลาประมาณ 21 วันหากคลองปานามาสามารถใช้งานได้และช่วยประหยัดการเดินทางได้ประมาณ 8,000 ไมล์ (12,874 กิโลเมตร)

หลายปีที่ผ่านมาสหรัฐฯได้พิจารณาสร้างคลองผ่านนิการากัว แต่ความกังวลด้านวิศวกรรม - ไม่ต้องพูดถึงความกังวลเกี่ยวกับภูเขาไฟที่ยังปะทุอยู่ในพื้นที่ - กระตุ้นให้ประธานาธิบดีเท็ดดี้รูสเวลต์ดำเนินการต่อกับไซต์ฝรั่งเศสที่ล้มเหลวในปานามาแทน ในปีพ. ศ. 2446 เขาตกลงที่จะจ่ายเงินจำนวน 40 ล้านดอลลาร์ให้กับฝรั่งเศส ( ตอนนี้เป็นเงินประมาณ 1.2 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ) และชาวอเมริกันถือว่าเป็นผู้ควบคุมโครงการที่จะต้องใช้เวลานานกว่าทศวรรษ

“ ชาวฝรั่งเศส [ผู้ช่วยสร้างคลองสุเอซในอียิปต์] ไม่ได้ตระหนักว่าสิ่งนี้มีขนาดใหญ่และซับซ้อนเพียงใด” โรเจอร์สกล่าว "มันเป็นเหมือนโลกสองใบที่แตกต่างกัน"

ในขณะที่ชาวอเมริกันเข้าควบคุมการสร้างคลองปานามากลายเป็นตัวอย่างที่น่าเกรงขามของความเฉลียวฉลาดและความรู้ของชาวอเมริกัน “ มันเป็นโครงการแห่งความภาคภูมิใจของชาติ” โรเจอร์สกล่าว "เราเอาแต่เขียนเช็ค"

ในตอนท้ายสหรัฐฯได้ระดมทุนไปแล้ว 375 ล้านดอลลาร์ (ใกล้เคียงกับ 11 พันล้านดอลลาร์ในปัจจุบัน) โครงการนี้ใช้จ่ายเกินงบประมาณไปประมาณ 444 เปอร์เซ็นต์

เผชิญกับอุปสรรค

นอกเหนือจากโรคร้ายแรงที่ระบาดในช่วงแรก ๆ ของการก่อสร้างสภาพอากาศที่ยากลำบาก (ฝนเขตร้อนและความร้อนจัด) และค่าใช้จ่ายวิศวกรยังถกเถียงกันถึงธรรมชาติของคลองปานามาในช่วงต้น ในที่สุดพวกเขาก็ละทิ้งความคิดเกี่ยวกับคลองระดับน้ำทะเล (เช่นสุเอซ) โดยสตีเวนส์ยืนกรานแทนชุดล็อคที่จะเพิ่มหรือลดเรือได้ตามต้องการ แต่การออกแบบนั้นจำเป็นต้องมีการก่อสร้างโครงการใหญ่อีกโครงการหนึ่ง

เขื่อน Gatun ซึ่งครั้งหนึ่งเคยเป็นเขื่อนที่ใหญ่ที่สุดในโลกจะต้องสร้างข้ามแม่น้ำ Chagres ที่ไหลเชี่ยวกรากเป็นบางครั้งเพื่อให้แน่ใจว่ามีการไหลของน้ำที่เหมาะสมระหว่างมหาสมุทรแปซิฟิกและแอตแลนติก ที่ก่อตัวเป็นทะเลสาบ Gatun ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของการดำเนินการของคลอง (ดูเพิ่มเติมด้านล่าง)

จากนั้นก็มีขอบเขตที่ชัดเจนของโครงการ: ระหว่างผู้สร้างชาวฝรั่งเศสและชาวอเมริกันต้องขุดดินและหินประมาณ 7.2 พันล้านลูกบาศก์ฟุต (268 ล้านลูกบาศก์หลา) และสิ่งที่ถูกลบออกสามเท่าเพื่อสร้างคลองสุเอซ โคลนส่วนใหญ่ถูกวางไว้บนรถรางส่งไปยังชายฝั่งและทิ้งเป็นกองขนาดใหญ่ในมหาสมุทร ตอนนี้สร้างเขื่อนกันคลื่นและเป็นรากฐานสำหรับเมืองและฐานทัพ จำนวนมากถูกทิ้งลงในป่าที่อยู่ติดกันด้วย

“ ประสิทธิภาพในการเคลื่อนที่บนโลกนั้นสั่นคลอน” โรเจอร์สกล่าว "โลกไม่เคยเห็นอะไรแบบนี้มาก่อนและหลังจากนั้นไม่นาน"

นอกจากนี้ยังเป็นปัญหาต่อเนื่อง: ดินถล่ม แม้จะมีความท้าทายอย่างต่อเนื่อง แต่คลองปานามาก็เปิดให้บริการในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2457 โดยเรือเอสเอสแอนคอนกลายเป็นเรือลำแรกที่เดินทางผ่านอย่างเป็นทางการ

“ พวกเขาต้องเรียนรู้อีกมากในขณะที่พวกเขากำลังจะไป” โรเจอร์สกล่าว "พวกเขาใช้ท่อดินเหนียวที่ผลิตในสหรัฐอเมริกาจนหมดและปูนซีเมนต์ทั้งหมดที่ผลิตในสหรัฐอเมริกาและดินระเบิดทั้งหมดที่ผลิตในสหรัฐอเมริกาตลอดระยะเวลา 10 ปีนี้ทั้งหมดถูกเบี่ยงเบนไป ถึงปานามา "

ในช่วงห้าปีแรกการจราจรลดลงเนื่องจากสงครามโลกครั้งที่หนึ่งและการถล่มหลายครั้ง (ซึ่งปิดทางเกือบทั้งหมดของปี 2458 และจะดำเนินต่อไปอีกหลายปี) คลองแทบจะไม่ได้ใช้ สิ่งนั้นจะเปลี่ยนไปในไม่ช้า

คลองปานามาได้รับการเดินทางอย่างกว้างขวางโดยเรือรบของสหรัฐฯในสงครามโลกครั้งที่สองและปัจจุบันได้กลายเป็นเส้นทางเดินเรือหลักระหว่างตะวันออกและตะวันตก

ครั้งหนึ่งวิศวกรมองไปที่การทำให้ทางเดินเป็นคลองระดับน้ำทะเลอีกครั้งซึ่งจะช่วยลดความจำเป็นในการล็อคและลดเวลาในการเดินทาง ความคิดนั้นถูกทิ้งไป หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 เมื่อเรือทหารมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะผ่านไปได้วิศวกรยังถือว่า "การขุดนิวเคลียร์" ซึ่งมีประสิทธิภาพคือการสร้างคลองผ่านการใช้อุปกรณ์นิวเคลียร์ใต้ดิน นั่นก็ถูกไล่ออกเช่นกัน

ในปีพ. ศ. 2520 การลงนามในสนธิสัญญา Torrijos-Carter ได้คืนการควบคุมคลองจากสหรัฐอเมริกาไปยังปานามาซึ่งมีผลตั้งแต่วันที่ 31 ธันวาคม 2542 ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาคลองปานามาได้รับการขยายตัวซึ่งเคยมีขนาดประมาณ 100 ฟุต ( กว้าง 30 เมตร ตอนนี้พวกมันกว้าง 175 ถึง 185 ฟุต (53- 56 เมตร) เพื่อให้ตอนนี้แม้แต่เรือบรรทุกเครื่องบินและเรือบรรทุกสินค้าที่ใหญ่ที่สุดก็สามารถผ่านได้

วิธีการทำงานของล็อค

เป้าหมายเมื่อเรือเข้าสู่คลองปานามาคือการพาพวกมันขึ้นไปเหนือภูมิประเทศและขึ้นไป 85 ฟุต (26 เมตร) จากระดับน้ำทะเลไปยังทะเลสาบกาตุน นั่นคือสิ่งที่ระบบล็อคเข้ามาระบบล็อคถูกเลือกสำหรับการออกแบบคลองปานามาเนื่องจากมหาสมุทรแปซิฟิกอยู่ในระดับน้ำทะเลที่สูงกว่ามหาสมุทรแอตแลนติก ดังนั้นแทนที่จะขุดลงไปที่ระดับน้ำทะเลวิศวกรจึงพิจารณาว่าประตูล็อคขนาดใหญ่หลายชุดที่สามารถยกเรือเหนือระดับน้ำทะเลไปสู่ทะเลสาบขนาดใหญ่ที่มนุษย์สร้างขึ้น (ทะเลสาบ Gatun) เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด

Ships entering the Panama Canal from the Atlantic enter the first of three Gatun Locks, where the massive chamber fills with 26.7 million gallons of water. To fill the chamber with water and raise the ship, the miter gates and lower lock valves are closed, while the upper valves are opened. The water from Gatun Lake rushes in through 20 holes in the chamber floor. It takes about eight minutes for the chamber to completely fill and raise the ship. The process is repeated two more times until the ship is level with Gatun Lake.

จากนั้นเรือจะเดินทางผ่านทะเลสาบ Gatun จนกระทั่งถึงมหาสมุทรแปซิฟิกซึ่งจะเข้าสู่ Pedro Miguel Locks และกระบวนการจะย้อนกลับ - มันลดลงผ่านสองล็อคจากทะเลสาบ Gatun กลับสู่ระดับน้ำทะเล การเดินทางทั้งหมด - จากมหาสมุทรแอตแลนติกไปยังมหาสมุทรแปซิฟิก - ใช้เวลาโดยเฉลี่ย 8 ถึง 10 ชั่วโมง

เรือไม่ผ่านคลองปานามาฟรี พวกเขาจ่ายค่าผ่านทางตามขนาดของเรือทุกครั้งที่เข้า และมันได้รับปานามามากกว่า$ 2.5 พันล้านปี คลองยาว 50 ไมล์ (80 กิโลเมตร) รองรับการเดินทางเกือบ 14,000 เที่ยวต่อปีโดยส่วนใหญ่เป็นเรือคอนเทนเนอร์และอื่น ๆ ที่บรรทุกเชื้อเพลิงถ่านหินธัญพืชและแร่ธาตุ / โลหะแม้ว่าเรือขนาดเล็กอื่น ๆ จะทำการข้ามด้วยเช่นกัน

กว่า 100 ปีหลังจากเปิดให้บริการคุณจะเห็นได้ว่าเหตุใดจึงยังคงเป็นสิ่งมหัศจรรย์ทางวิศวกรรม

ตอนนี้ที่น่าสนใจ

ประตูล็อค 46 บานมีส่วนสำคัญต่อความสำเร็จของคลองปานามา - และมีขนาดใหญ่มาก ทั้งหมดมีความกว้าง 65 ฟุตลึก 7 ฟุต (กว้าง 19 เมตรลึก 2 เมตร) แม้ว่าความสูงของพวกเขาจะแตกต่างกันไปและมีระยะตั้งแต่ 47 ถึง 82 ฟุต (14 ถึง 24 เมตร) ประตูมิราฟลอเรสเป็นประตูที่สูงที่สุดเนื่องจากกระแสน้ำในมหาสมุทรแปซิฟิก แต่ประตูทั้งหมดมีน้ำหนักระหว่าง 353.8 ถึง 662.2 ตัน (321 และ 600 เมตริกตัน)