Över 20 indonesiska öar försvinner mystiskt. Ett av världens dödligaste kriminella syndikat tar makten. Åtta städer lika stora som New York kommer att byggas varje år under de kommande tre decennierna. Det som förbinder dem är sand, inbäddad i betongen i nästan alla världens byggnader, vägar, och städer, glaset i fönstren, bärbara datorer och telefonskärmar, och covid-19 vaccinflaskor.

De outforskade verkliga kostnaderna för sand – i stort sett, produktion av byggmaterial – har sporrat en grupp forskare att efterlysa ett starkare fokus på att förstå den fysiska dimensionen av sandanvändning och utvinning. De föreslår också nya sätt att uppnå ekonomisk och miljömässig rättvisa.

Fyra år sedan, en internationell grupp av forskare, inklusive två från Michigan State University (MSU), uppmärksammade en hotande global sandkris. Utvinning av värdefulla resurser över hela planeten för tankarna till olja, kol eller sällsynta jordartsmetaller. Byggmaterial – sand, grus och krossad sten — kan tyckas mindre sällsynt i jämförelse. Det är lätt, trots allt, att hitta en stor sandstrand, grustag eller lokalt stenbrott. Dock, byggmaterial är avgörande för att tillgodose samhällets behov av bostäder, hälsa, energi, transport, och industri.

I Vetenskap Tidningen i september 2017, gruppen noterade att överexploatering av sand, en nyckelingrediens i betong, asfalt och glas, skadade miljön, utsätta samhällen i fara, och utlöser sociala konflikter.

I veckans En jord , forskare under ledning av forskarassistenten Aurora Torres lyser ett nytt ljus över hållbarhetskonsekvenserna av världens hunger efter sand och föreslår olika lösningar för att möta dessa utmaningar.

"Med denna tidning, vi ser fram emot vad vi behöver göra som samhälle om vi vill främja en hållbar konsumtion av globala sandresurser, sa Torres, del av MSU:s Center for Systems Integration and Sustainability (CSIS) och Université catholique de Louvain i Belgien. "Ett drastiskt problem kräver drastiska lösningar - att verkligen göra detta annorlunda för att lägga problemen åt sidan och skapa vägar till hållbarhet."

Författarna till "Sustainability of the global sand system in the Anthropocene" efterlyser ett nytt sätt att se på och förstå kopplingarna mellan tillgång och efterfrågan på sand för att minska negativa effekter som att utarma naturliga miljöer och skapa mänskliga konflikter. Samarbete mellan forskningsdisciplinerna gjorde det möjligt att passa in pusselbitarna i en helhetsbild. Snarare än att fokusera på enstaka sandutvinningsplatser som många studier före dem, de tar en bred titt på de fysiska och socio-miljömässiga dimensionerna av sandförsörjningsnätverk – kopplar samman utvinning, bearbetning, distribution, ekonomi, policy – ​​för att få en djupgående förståelse för påfrestningarna på både natur och människor.

Det nya med tillvägagångssättet för sandtillförselnätverk är integrationen av materialflödesanalys med telekopplingsramverket för att ge ett mer robust och holistiskt perspektiv på sandsystemet över olika rums- och tidsskalor. Det gör det möjligt att förstå och kvantifiera socioekonomiska och miljömässiga interaktioner från gruvplatser till konsumtionsplatser, som städer, och spillover-system som transportkorridorer eller deponier på landsbygden där gruv- och byggavfallet hopar sig.

"Enkla åsikter kan inte lösa komplexa hållbarhetsutmaningar, " sa medförfattaren Jianguo "Jack" Liu, direktör för MSU-CSIS. "Nya sätt som telekopplingsramverket hjälper till att reda ut och omfamna komplexiteten i globala sandutmaningar och visa vägen mot effektiva lösningar."

Dessutom, författarna framhåller att robusta strategier för att hantera sandresurser är beroende av en gedigen förståelse av konstruktionsaggregatens cykel. Som Mark Simoni från Norges geologiska undersøkelse uttryckte det, "det fysiska systemet är nyckeln för att koppla lokala effekter av naturresursutvinning till globala utvecklingstrender – vi måste kartlägga hur efterfrågan och utbudet av byggmaterial utvecklas över rum och tid för att informera intressenternas beslut och beslutsfattande."

Detta kräver kvantifiering av de geologiska fyndigheterna, flöden, och ackumulering av byggmaterial inom en region, inklusive både naturliga råvarukällor och alternativ, och det kan användas för att bedöma hur länge resurserna kommer att räcka och hur hela försörjningssystemet kan optimeras för att minska negativa effekter av sandbrytning och använda ersättningsmaterial.

Till exempel, de sa, vi måste tänka på byggmaterial utöver att schakta ut avlagringar av sand och grus. Att spränga och krossa sten ger också "konstgjord" sand och grus av liknande eller till och med högre kvalitet och är en stor exportvara för t.ex. Norge. Verkligen, krossad sten har redan blivit den huvudsakliga källan till stenmaterial i länder som USA, Kina eller i Europa.

Med efterfrågan på byggaggregat förutspådd att fördubblas under de närmaste decennierna, hållbarhetsutmaningen är skrämmande. Att förstå hur sandförsörjningsnätverk fungerar är relevant inte bara för att bedöma deras fulla effekter utan också för att identifiera hävstångspunkter för hållbarhet.

"Som med klimatförändringarna, det finns inte en enda lösning utan flera ingångspunkter för mer hållbar konsumtion, " sa Torres. Möjliga vägar inkluderar att minska materiell efterfrågan per capita, främja kompakt stadsutveckling för effektivare materialanvändning, minska beroendet av naturliga fyndigheter genom att utveckla marknaden och teknologier för sekundära material som bygg- och rivningsavfall, och när det är nödvändigt att bryta naturliga fyndigheter, identifiera gruvkällor och produktionsmetoder som minimerar påverkan på natur och människor.