猛暑のときに電車に乗る？「日焼け」に注意

列車に乗るときに感じる象徴的な感覚体験の 1 つは、実は創意工夫の音です。鉄製の線路は熱くなると伸びます。1,800 フィートのレールは、温度が 10 度上昇するごとに 1 インチ以上伸びます。そのため、レールは以前は 30 フィートから 60 フィートの長さのセクションに分けられ、小さな隙間をあけて敷かれていました。

「あなたが聞く非常に独特な鉄道の騒音は、 チュチャット…チュチャット…チュチャット…チュチャット…チュチャット 「鉄道が拡張できないのは、レールの間に隙間があるためで、この隙間は拡張のためにあるのです」とテキサス大学オースティン校で都市部の異常気象を研究しているデヴ・ニヨギ氏は言う。

それでも、猛暑の際には、枕木が支えきれなくなるまでレールが膨張することがある。するとレールは目に見えて波立ち、いわゆる「サンキンク」に変形する。これは列車にとって深刻な危険で、ずれた線路では脱線する恐れがある。極端な場合には、線路が激しく曲がり、ほぼ瞬時に直線から奇妙な曲線に変わる。そのため、外が猛暑の場合、鉄道会社は予防措置として列車の速度を落とし、曲がりにつながる機械的エネルギーを減らす。たとえばアムトラックは、線路温度が華氏140度に達すると、速度を時速80マイルに制限する。これが、先月の猛暑の際にワシントンDCとボストンを結ぶ北東回廊でアムトラックが遅れた一因だ。（アムトラックはこの件について何度もコメントを求めたが、回答はなかった。）

猛暑が悪化するにつれ、さらに多くの線路が太陽の屈曲部となり、二酸化炭素排出量を削減し温暖化を遅らせる通勤鉄道サービスに支障をきたすことになる。2019年のある研究では、今後20年間で温室効果ガス排出量が減少すると仮定したシナリオでは、米国の鉄道網は2100年までに遅延による追加コストが総額250億～450億ドルになる可能性があると推定された。

線路の上に木が倒れて通行を妨げたり、分岐器が壊れたりすることに比べると、熱波は鉄道事業者にとってはるかに大きく、対処が難しい問題だ。「熱波は地域限定になる傾向があるため、影響は甚大になる可能性がある」と、2019年の研究論文の執筆者の1人で、インフラの脆弱性評価を提供するレジリエント・アナリティクスのシニア気候コンサルタントであるジェイコブ・ヘルマン氏は述べた。「5日間で北東回廊全体に影響を及ぼす可能性がある」

気候変動により熱波がより高温かつ長期間続く中、各社は業務を見直し、新技術を導入しつつある。鉄道会社はすでにレールの温度を測るためにリモートセンサーを使用しているが、熱波が激化するにつれ、その技術はさらに高度化している。例えば、線路の座屈耐性を高める方法など、さまざまな対策を講じるためにコンピューターモデリングを使用している。「鉄道業界では、高度なセンサー、衛星画像、AI を使用する新しい方法を導入し、線路の状態を常に監視し、潜在的な危険に対応しています」と、米国鉄道協会傘下の MxV Rail の研究・イノベーション担当副社長補佐スコット・カミングス氏は述べた。

レールの隙間は座屈の問題を軽減するが、列車の車輪が隙間を通過するたびに、レールと車両の両方に摩耗が生じる。これに対応して、鉄道会社は数十年にわたって「連続溶接レール」、つまり CWR を導入してきた。これは、4 分の 1 マイル以上に及ぶ線路セグメントである。CWR はコンクリート枕木 (かつては木製だったレールの下の帯) によってしっかりと固定され、枕木自体も、間に流し込まれたバラスト石によって固定されている。「全体的に非常に堅牢です」と、列車の安全技術を製造する英国のセンソニックのレール専門家、ダニエル・パイク氏は言う。「すべてを所定の位置に保つために、そこにはるかに多くの質量があるのです。」

鉄道会社は、特定の気候に合わせて線路を適応させている。作業員は、条件の整った日に連続溶接レールを敷設することで、地域の高温と低温に備える。「線路は、レールの平均温度である『中性温度』で敷設され、固定されます」と、気候変動がインフラに与える影響を研究しているタフツ大学の土木環境工学教授、ファルシッド・ヴァヘディファード氏は言う。「これにより、温度変動があってもレールが安定した状態を保つことができます」。地域の気温が上昇するにつれ、鉄道会社はより暑い日に線路を敷設することを選択し、ますます厳しくなる暑さに備えたレールを準備することになるかもしれない。（ただし、冬にレールが冷えると収縮し、ひび割れの原因となる可能性がある。）

もう一つの対策は、レールを白く塗ることだ。これは、鋼鉄から太陽光エネルギーをかなり反射する。「無茶な話に聞こえるかもしれないが、効果がある」とパイク氏は言う。これは手間がかかる。塗料は摩耗し、時間が経つと汚れてしまうため、何度も塗り直す必要がある。しかし、軌道に取り付けられた機械を使えば、この作業を素早く行うことができる。

分散音響センシングと呼ばれる新しい技術は、線路に沿って敷設された光ファイバーケーブルを使用して欠陥を「聞く」ものです。線路の乱れは光学系を揺さぶり、光がそこを通過する方法を変えます。それを特殊な装置で分析し、線路に落石が衝突したか、レールに亀裂が生じたかを判断します。乱れの種類ごとに独自の信号があるからです。

トラックが熱くなり膨張すると、光ファイバーはすでに「熱による衝撃」を感知している。パイク氏によると、理論上は、センソニックの技術は座屈に伴う特有の地面の振動を検知できるという。何に反応するかアルゴリズムを訓練するには、データ（テストトラックを手動で熱して太陽のねじれを誘発するなど）だけが必要になる。「当社はすでに落石や地滑りのセンサーをいくつか製造しており、彼らは地面の振動を探している」とパイク氏は語った。「だから、おそらく（約束はできないが）それを検知できるように調整するだろう」

鉄道会社が、局地的な気温からの推測に頼るのではなく、広範囲にわたる特定の線路温度など、座屈に対する脆弱性に関するより優れたデータを入手できれば、予防措置として列車をどの程度減速させるかをより正確に判断できる。これにより、遅延が回避され、通勤者が車に戻ることがなくなり、鉄道会社は費用を節約でき、列車は全体的に安全になる。「速度指令について、より情報に基づいた決定を下すことができます」と、Resilient Analytics のヘルマン氏は言う。「時速 40 マイルである必要はないかもしれません。10 マイルで十分かもしれません。まったく必要ないかもしれません。」