Основная проблема стоящих на мерзлоте российских городов в том, что большинство зданий в них построены без учета климатических изменений
Более половины всей площади России приходится на зону вечной мерзлоты. Кто-то представит себе в этот момент бескрайний снежный горизонт, безлюдную тайгу и пространства, где обычно не ступает нога человека. И будет прав. Но при этом сюда же надо включить и довольно густо населенные города и поселки. Изменение климата, глобальное потепление, катастрофы— как эти процессы влияют на жизнь таких территорий? ИА REGNUM пообщался с ученым-мерзлотоведом, занимающимся полярными исследованиями, Алексеем Маслаковым.
ИА REGNUM: Довольно часто приходится слышать про вечную мерзлоту, глобальное потепление и таяние льдов. Расскажите, что же это такое.
При этом отрицательная температура вовсе не означает, что породу с водой можно назвать вечной мерзлотой. Например, в соленых почвах на протяжении многих лет вода при −2...−3 °C может не замерзать и сохраняться в талом виде. И такое явление вечной мерзлотой не будет. Есть еще и переходный поверхностный горизонт, который оттаивает летом на метр или два и образует так называемый «сезонноталый» или «деятельный слой».
В России более 60% территории — это районы, где почва не оттаивает полностью круглый год. Понятно, что тут расположены целые города, в которых устойчивость зданий и, соответственно, безопасность людей серьезно зависит от изменений свойств этих грунтов. Поэтому изучать состояние вечной мерзлоты и изменение ее параметров крайне важно.
ИА REGNUM: Как вы изучаете вечную мерзлоту?
Изучать вечную мерзлоту можно только в летний период, когда подтаивает верхний — деятельный слой. Ученые ищут в оврагах, обрывах рек и озер обнажения или пробуривают скважины. Измерять мощность деятельного слоя и температуру вечной мерзлоты необходимо для того, чтобы оценивать воздействие изменения климата. А оно становятся очевидными — вечная мерзлота «теплеет» и тает.
Если бы показатели изменения температур почвы колебались в разной степени на уровне −8...−10°C, мы бы не беспокоились. Но сейчас в южных районах распространения вечной мерзлоты, например, ее температура поднялась от — 1.-2 °С до околонулевых отметок. И это серьезно влияет на природный ландшафт в целом. Теперь малые народы, которые живут за счет оленеводства, попадают в зону риска. Пастбища, где раньше кормились олени и за счет вечной мерзлоты их не вытаптывали, теперь изменили свои свойства. Животные могут всего за один сезон уничтожить всю растительность на территориях, где они питались много десятилетий.
Изучение вечной мерзлоты ©Алексей Маслаков
ИА REGNUM: Это все происходит из-за так называемого «глобального потепления» и грозит серьезными катастрофами?
Я бы не говорил так однозначно. Более корректно происходящие сейчас атмосферные процессы называть не глобальным потеплением, а «глобальными изменениями климата». Действительно, рост температуры воздуха наблюдается практически повсеместно. Вслед за потеплением воздуха растет температура и вечной мерзлоты. Например, за последние 40 лет в Западной Сибири в среднем температура вечной мерзлоты увеличилась на 1,5−2 градуса, на Аляске — на 4 градуса. Но для того, чтобы растопить вечную мерзлоту, недостаточно роста температуры: тут необходимо огромное количество энергии для фазовых переходов из льда в воду. Возникает парадокс: чем выше температура вечной мерзлоты, тем медленнее она теплеет. В то же время внешние изменения природных условий, такие как смена растительных сообществ, активизация экзогенных мерзлотных процессов заметнее в более южной, относительно более теплой зоне распространения мерзлых пород.
Вслед за климатическими вариациями параметры вечной мерзлоты также изменяются. Летнее оттаивание почвы в полярных регионах в значительной мере определяет природную обстановку и экзогенные процессы на этих территориях. При увеличении глубин сезонного протаивания более глубокие, льдистые слои начинают переходить в талое состояние, вытаявший из них лед становится почвенной влагой, теряется объем пород и происходит просадка поверхности. В дальнейшем такие участки заболачиваются и даже могут превратиться в озера. Часто при контакте с водой или воздухом, обнажившаяся вечная мерзлота тает быстрее — возникают провалы, овраги. Если на таких грунтах стоят города, железнодорожные пути и автомобильные дороги, такие процессы могут привести к катастрофам и значительным финансовым убыткам. Эрозионные процессы в зоне вечной мерзлоты, особенно на участках с большим количеством грунтового льда, очень сложно ликвидировать.
ИА REGNUM: А предотвратить это заранее можно?
Да, именно для этого мы, мерзлотоведы, постоянно наблюдаем за состоянием вечной мерзлоты и деятельного слоя. Пробуриваем скважины, через которые регулярно замеряем температуру и следим, как она изменяется, чтобы предоставить возможные негативные последствия. Вечная мерзлота в нашей стране занимает больше половины ее площади, но наблюдения за ее состоянием проводится на весьма ограниченных участках. Как правило, в крупных городах и на месторождениях полезных ископаемых, где существует угроза устойчивости инженерных объектов, есть свои ведомственные службы мониторинга. Наблюдения за фоновым состоянием многолетнемерзлых пород, на территориях, удаленных от городов, проводятся учеными в пределах специализированных мониторинговых стационаров.
Изучение вечной мерзлоты ©Алексей Маслаков
Если в зоне хозяйственного освоения обнаруживаются какие-то критические изменения мерзлотных условий, то составляется комплекс мер по инженерной защите: это регулирование стока поверхностных вод, укрепление почвы различными методами. Но если здание, которое стоит на подтаивающей вечной мерзлоте, начинает деформироваться, по стенам появляются и растут трещины, то с этим уже практически ничего сделать нельзя. Можно поставить подпорки, укрепить фундаменты, но эффективность таких мер — лишь вопрос времени. Изменение мерзлотной обстановки на застроенных территориях, связанное с некорректной эксплуатацией зданий и объектов инфраструктуры часто ведет к необратимым последствиям.
Основная проблема российских городов, стоящих на мерзлоте заключается в том, что большинство зданий в них построены без учета климатических изменений и возможности повышения температуры вечной мерзлоты. Тогда ставили дома высотой до 10 этажей на сваях. При низкой температуре они стояли в почве крепко, сваи под ними держались как палочка в мороженом. Но сейчас наблюдается повышение температуры грунтов, и рассчитанные проектировщиками фундаменты, например, на — 4 °C при повышении на 1 градус уже не так устойчивы, здания просаживаются и разрушаются. Я скажу так: количество домов, которые сейчас находятся в аварийном состоянии из-за природного или техногенного повышения температуры вечной мерзлоты, огромно. Едва ли можно на российском севере найти города и поселки, в которых нет таких объектов. В некоторых населенных пунктах количество зданий, страдающих от растепления грунтов, достигает 70% от общего количества.
ИА REGNUM: В этом виновата только природа или антропогенный фактор тоже имеет значение?
Сложно сказать, кто виноват, для каждого объекта доля вины человека и природы своя, и каждый случай нужно разбирать отдельно. Где-то виноваты ошибки проектировщиков, где-то некорректно провели инженерные изыскания.
Разберем пример жилых домов на свайных фундаментах. Очень часто такие объекты эксплуатируются с ошибками: за зданиями люди просто не следят. Сваи, на которых стоят дома, нужны не только для того, чтобы постройки были устойчивыми, но и для создания холодного проветриваемого подполья. Это как нулевой этаж, в котором происходит свободное вентилирование холодного воздуха зимой, а летом — они защищают от солнца. Холодные подполья также оберегают грунт от тепла, которое выделяет дом.
Но пространство зачастую заливается хозяйственными и дождевыми водами, люди захламляют их мусором, закрывают заборами — чтобы дети не лазили, например. Они не задумываются, что своими действиями затрудняют вентилирование. Кроме того, износ водопроводов и канализации становится причиной разлива теплых вод. И если в Рязани или Нижнем Новгороде такая протечка грозит ремонтом на пару часов, то в зоне вечной мерзлоты это настоящая катастрофа — горячая вода попадает в грунт и заметно растепляет его. В результате, фундаменты теряют несущую способность: под действием нагрузки «палочка от мороженого» продавливается в тающее месиво. Такие случаи происходят не только со старыми зданиями, но и в новостройках. А ведь расселение жильцов пострадавшего дома на Севере — это очень дорогостоящее мероприятие. Стоимость фундамента может доходить до трети от стоимости всего дома. Чего будет стоить только завоз техники и стройматериалов в отдаленные регионы!
ИА REGNUM: А может ли потепление вечной мерзлоты принести пользу российской экономике? Например, будет ли она способствовать разработке месторождений и добыче полезных ископаемых в Арктике?
Вопрос неоднозначный. Если рассматривать его в общей выгоде, то, конечно, нет — способствовать не будет. Если говорить о добыче золота и руд в шахтах или карьерах, то здесь разработка полезных ископаемых производится в скальных породах. Здесь вечная мерзлота мало играет роли. Если говорить о добыче углеводородов, то это происходит на осадочном чехле тектонических платформ, которые в основном с поверхности покрыты рыхлыми отложениями — песками, супесями, глинами и так далее. Эти породы при переходе из мерзлого состояния в талое значительно изменяют свои прочностные свойства. Кусты добывающих скважин, установки комплексной подготовки нефти или газа, нефте‑ и газопроводы, хранилища нефтепродуктов, общежития нефтяников и другие объекты энергетической отрасли непосредственно контактируют с вечной мерзлотой. Подтаивание почв будет снижать устойчивость конструкций, стволы скважин могут деформироваться, безопасность эксплуатации трубопроводов будет также уменьшаться, что в свою очередь, может привести к разливам нефти. Такие аварии могут обернуться для хрупкой природы Арктики настоящей экологической катастрофой: восстановление изначальных условий после химических и механических загрязнений может занимать десятки лет, а некоторые растительные сообщества (например, ягельники) не восстанавливаются уже никогда.
Валентина Самойлова, 22 июля 2017, 14:08 — REGNUM
