Воздух в Арктике постепенно становится теплее — причем в 2–3 раза быстрее, чем в среднем по миру. Из-за этого тает многолетняя мерзлота, на которой стоят здания и другие постройки. Чтобы понять, как изменения климата влияют на мерзлоту, правительство России занялось разработкой системы наблюдения за мерзлотой. Однако она не сможет учесть все особенности разных регионов. Поэтому Заполярный государственный университет и компания «Норникель» начали свой проект по наблюдению за мерзлотой на территории от Талнаха до Дудинки, которая занимает более 8 000 квадратных километров.
Многолетняя мерзлота — породы, которые остаются замерзшими не менее трех лет. В России эти породы занимают 65% территории. Несмотря на популярное в народе название, мерзлота не вечна, и при таянии способна повреждать автомобильные и железные дороги, нефтепроводы, здания, а также изменять природные ландшафты. Например, из-за таяния такой мерзлоты может появится болото или озеро.
Одна из важных характеристик мерзлоты — температура: отслеживание ее коротко- и долговременных колебаний позволяют оценить степень деградации.
Еще одна угроза, связанная с таянием мерзлых грунтов, — возможный риск пробуждения древних организмов. Это могут быть как вирусы, которые вызывали эпидемии столетия назад, так и неизвестные ученым штаммы. Холодная, темная и полностью лишенная кислорода многолетняя мерзлота создает идеальные условия для их сохранения.
Деградация мерзлоты влияет на устойчивость зданий и сооружений в Арктике, может привести к авариям и экологическим катастрофам, сказывается на образе жизни коренных и малочисленных народов Севера, полностью меняет экосистемы.
Как понять, что происходит
Потребность в создании системы фонового, то есть постоянного, мониторинга мерзлоты назрела давно, так как проблема деградации мерзлоты для страны усиливается с каждым годом. В Арктике температура воздуха растет почти в три раза быстрее, чем в среднем на планете. Здесь особенно важно отслеживать изменения, которые происходят в вечной мерзлоте.
Поэтому российское правительство утвердило проект о многолетнем наблюдении за температурным режимом грунтов.
«Норникель» и ЗГУ разработали собственный подход к мониторингу мерзлоты
«Норникель» уделяет особое внимание экологии и качеству жизни людей в регионах своего присутствия. Поэтому компания не осталась в стороне и при решении проблемы таяния многолетней мерзлоты. Совместно с Заполярным государственным университетом мы создали региональную систему фонового мониторинга мерзлоты на территории от Талнаха до Дудинки. Для анализа используют 24 скважины глубиной от 10 до 200 метров.
Сейчас мы оборудовали скважины на восьми мерзлотных полигонах. Сеть скважин оснастили специализированным термометрическим оборудованием, например термокосами и логгерами. Данные со скважин от Талнаха до Дудинки ежедневно передаются на сервер ЗГУ с помощью технологии NB-IoT. Затем исследователи анализируют их, чтобы заметить изменения.
Система фонового мониторинга — первый этап прогнозирования того, как изменения климата влияют на многолетнемерзлые грунты. Дальше планируется подключать точные науки. Ученые будут составлять математические модели полигонов, чтобы моделировать возможные сценарии. Это позволит спрогнозировать изменения температур грунтов до 2050 года.
Развернутая система фонового мониторинга многолетнемерзлых грунтов включает все виды работ на полигонах, в том числе учтены недостатки уже существующих систем фонового мониторинга на территории РФ и за рубежом: разработан научно-методический подход к выбору площадок размещения, проведены инженерно-геологические изыскания на каждой площадке для изучения состава и свойств грунтов площадки (льдистость, влажность, плотность, химический состав воды/льда, теплофизические характеристики). Скважины имеют глубину от 10 до 200 метров, в каждой скважине проводятся измерения температуры и мощности оттаивания в годовом периоде, выполнены геофизические исследования на полигонах, оценены потоки парниковых газов, изучены геокриологические процессы. Кроме того, проводится верификация математических моделей полигонов и прогноз влияния климата на мерзлотные условия в этих полигонах, что и является главной особенностью описываемой системы.
Проект Заполярного государственного университета «Научно-методические основы организации фонового мониторинга мерзлоты для оценки влияния климата на природные экосистемы» признан лучшим в номинации «Наука в интересах устойчивого развития» Национальной экологической премии имени В. И. Вернадского. А также удостоен федеральной премии в области корпоративных инноваций GenerationS Innovation Award 2024 в номинации «Кооперация науки и бизнеса».
Сейчас компания проводит мероприятия по термостабилизации грунтов в основании зданий в Норильске. Апробирован метод по стабилизации грунтов путем инъектирования быстротвердеющих химических материалов вокруг сваи на некоторых промышленных предприятиях. Также установлены сейсмодатчики для контроля колебаний строительных конструкций и инклинометры для отслеживания отклонений железобетонных фундаментов.