Принципы строительства и эксплуатации зданий в Арктике требуют постоянной корректировки
Норильская система фонового мониторинга вечной мерзлоты, созданная в интересах Заполярного государственного университета, привлекает внимание все большего количества исследователей из разных регионов России. В рамках третьей летней полевой школы по исследованию вечной мерзлоты к ЗГУ и МГУ имени Ломоносова присоединились команды Санкт-Петербургского горного университета, Российского государственного геологоразведочного университета им. Серго Орджоникидзе и Уральского федерального университета.
Исследуют они многолетнемерзлые грунты Таймыра не только на восьми мерзлотных полигонах с 31 температурными скважинами, но и в зонах застройки Норильска и Дудинки.
Директор Научно-исследовательского центра технологий строительства и мониторинга зданий и сооружений Арктики ЗГУ Павел Котов
«Мы расширили диапазоны и площади исследований в Арктике, если раньше мы концентрировались вокруг скважин на мерзлотных полигонах, то теперь таких площадок выбрано больше – радиусом до километра. Тем самым мы узнаем больше о природных ландшафтах. Наши данные показали, что температурные условия каждого полигона – отличаются, значит, мы сделали правильный выбор – выборка репрезентативная. Этот полигон особенный – ледниковая равнина, озерная, поэтому мы еще здесь изучаем термокарстовое озеро. Удивительное природное явление – образовывается в результате точечного протаивания многолетнемерзлых грунтов, где впадину заполняет вода, а на дне так и остается лед. Оценочно, этому озеру многие сотни лет, но чтобы оценить влияние глобального потепления, которое на самом деле не торопится, исследователи трех полевых школ сделали вывод: за двадцать лет площадь озера увеличилась на 15 процентов», - рассказал корреспонденту «Сибирского.Новостного» руководитель школы, директор Научно-исследовательского центра технологий строительства и мониторинга зданий и сооружений Арктики ЗГУ Павел Котов.
Сканирование рельефа термокарстового озера
Термокарст, по словам Котова, один из верных индикаторов климатических изменений. Чем больше термокарстовых озер, значит, тем более теплым становится климат. Так что этот процесс в Заполярье активно развивается. Но уникальность норильской полевой школы Заполярного госуниверситета – изучение не только термического режима, но и геологических процессов. Ученые отмечают, что глубина сезонного оттаивания тоже увеличивается.
Но ученые не были бы учеными, если бы специально не делали оговорку: это состояние конкретно Норильского промышленного района – от предгорий плато Путорана до Дудинки. За всю российскую Арктику, тем более зону вечной мерзлоты в России (которая занимает до двух третей ее территории) – они говорить не возьмутся. Температура воздуха и температура мерзлоты не находятся в прямой зависимости. И норильская система фонового мониторинга – фактически частный случай государственной системы фонового мониторинга вечной мерзлоты, которая находится сейчас на этапе становления.
Правда, более подробный (на весь НПР всего две скважины госсистемы), оснащенный дополнительными методами исследования и объединенный таким образом информационной сетью для дальнейшего анализа. И как подтвердил Павел Котов, спустя три года полевых школ, наконец-то исследователи получили достаточно данных, чтобы уже к концу года появились первые математические модели мерзлотных полигонов, которые уже могут стать основой для прогнозирования и планирования.
Непосредственно для производственной деятельности Норникеля – система фонового мониторинга, отданная во власть ученых и студентов, имеет огромное значение как необходимое дополнение к системе геотехнического мониторинга зданий и сооружений, которая действует в компании. Сравнивая данные с полигонов, расположенных вдали от человека, с «цифровым образом» промышленного объекта, исследователи могут отделить «мух от котлет»: техногенного влияния на вечную мерзлоту от природного естественного состояния.
«Таким образом, в будущем, когда, например, нужно будет планировать строительство в рамках реновации Норильска, можно будет учитывать природные тренды на потепление, или, стабилизацию вечной мерзлоты, и так далее. А в целом, по прошествии трех лет плотного изучения данных на наших полигонах и в скважинах, на глубине десять и более метров никаких изменений в мерзлоте не зафиксировали, в основном изменения происходят в верхней части, которая меняется под воздействием климатических пертурбаций, да и то сезон на сезон не приходится», - резюмировал Павел Котов.
Нужно учитывать, что процессы не развиваются мгновенно, любому процессу для оформления в закономерность требуется геологическое время – двадцать-тридцать лет и более.
Студенты копают шурф для образцов и температурных замеров
«В своих исследованиях мы видим явные результаты. Например, на озере, которое мы изучаем, под ним формируются талые породы, и наблюдается просадка поверхности. Мы фиксируем эти изменения не только визуально, но и с помощью геофизических методов. Это позволяет оценить температурное поле вокруг озера. Эти исследования имеют важное практическое значение. Если термокарстовые озера формируются рядом с производственными объектами, дорогами или даже зданиями, это может оказывать серьезное тепловое воздействие на грунтовые основания, а как следствие деформациям. Таким образом, наше исследование не только способствует обучению студентов, но и приносит важные результаты для практики.
Интерес к изучению вечной мерзлоты понемногу растет и со стороны других регионов страны, не только в Красноярском крае. Например, на Ямале больше углубляются в проблемы строительства на многолетнемерзлых грунтах – на фоне, в общем, фиксируемого уменьшения зоны вечной мерзлоты и непрогнозируемого пока сезонного оттаивания. Ясно, что это в целом насущная проблема – принципы и методы строительства в Арктике требуют постоянной корректировки – время ускорилось», - рассказал «Сибирскому.Новостному» доцент кафедры геокриологии МГУ Алексей Гунар.
Доцент кафедры геокриологии МГУ Алексей Гунар
В общем, ученые и студенты приехали учиться грамотно и всесторонне изучать вечную мерзлоту во всех ее физических и временных состояниях – на глубине и снаружи. И что вдвойне-втройне приятнее, количество участников полевой школы, похоже, будет еще расти.
Достаточно сказать, что сейчас тут проводят исследования в рамках трех грантов Российского научного фонда (РНФ) и уже есть заявки от двух вузов из Иркутска и с Дальнего Востока. Как сообщил корреспонденту «Сибирского.Новостного» Павел Котов, интерес проявляют к Норильску и китайцы – Северо-Западный институт экологии и природных ресурсов Китайской академии наук. Вероятно, их команда присоединится к школе в следующем году.
На руку авторитета норильских полевых школ сыграло и то, что буквально две недели назад проект ЗГУ стал победителем международного климатического конкурса «Зелёная Евразия» - «Полевые школы по изучению вечной мерзлоты в Норильском промышленном районе» заняли первое место в номинации «Образование и кадры в сфере климата».
Второе место завоевал университетский проект «Региональная система прогнозирования деградации мерзлоты при изменении климата». Исследователи ЗГУ создали прогнозную модель для Норильского промышленного района, из которой следует, что к 2050 году при самом пессимистичном сценарии изменения климата SSP-5.8.5 для Красноярского края средние значения температуры пород повышаются.
Так участки с низкими значениями температуры (от минус 3 до минус 4 °С), занимающие на 2024 год до 18 процентов всей территории - исчезнут полностью. Доля участков прерывистого распространения многолетнемерзлых пород (с температурами от плюс 1 до минус 0,5°С) к 2050 году возрастет с 20 до 33 процентов от общей площади территории.
Денис Бородин
Фото автора