Почему важно следить за состоянием грунтов в Арктике, как защитить инфраструктуру от последствий сокращения вечной мерзлоты и есть ли ли плюсы в таянии многолетнемерзлых пород?
29 мая на Норильской ТЭЦ‑3, принадлежащей «Норникелю», из-за разрушения резервуара разлились около 20 тыс. тонн нефтепродуктов — это более 300 железнодорожных цистерн. В результате аварии нефтепродукты попали в реки и озеро. По официальной версии, основной причиной аварии могла стать просадка грунта из-за таяния вечной мерзлоты.
Я поговорил с профессором Университета Джорджа Вашингтона (США) Дмитрием Стрелецким, чтобы узнать, как мониторинг мерзлоты мог бы предотвратить аварию в Норильске.
— Что, на ваш взгляд, произошло в Норильске?
— Конкретную причину установит экспертиза, но очевидно, что в Арктике происходит очень сильное изменение климата. Норильск и Таймыр в целом — один из регионов, где эти изменения особенно заметны.
Последние три лета были очень теплые, происходило глубокое протаивание грунта. Я посмотрел данные с наших площадок: летом 2019 года протаивание было почти на 20% глубже нормы. Несущая способность очень сильно зависит от температуры мерзлоты. Чем выше температура, тем меньше несущая способность. Повышение температуры многолетнемерзлых пород и увеличение сезонного талого слоя снижают несущую способность сооружений.
— Когда ученые поняли, что вечная мерзлота начинает таять?
— Исследования начались давно. Например, первый международный полярный год прошел еще в 1882 году. Уже тогда были попытки международного мониторинга многолетнемерзлых пород, и Россия в них участвовала, у нас было несколько станций: на Новой Земле, в дельте реки Лена и Финляндии, которая еще входила в состав Российской империи. Ученые проводили измерения в разных местах, чтобы понять, что происходит с температурой грунтов.
К середине 1950‑х накопилось достаточно материала, чтобы обсудить пространственное и временное изменение многолетнемерзлых пород и прийти к пониманию, что это динамическая среда, которая реагирует на климатические изменения. Поэтому за состоянием мерзлоты нужно внимательно следить. Это как прием у врача или техосмотр машины: если не проходить регулярно, сложно понять, в чем проблема.
Наблюдать за температурой и свойствами многолетнемерзлых грунтов намного дешевле, чем потом разбираться с такими ситуациями, как произошла в Норильске.
— Получается, что без масштабного мониторинга мерзлоты северные регионы и работающие в Арктике компании похожи на слепых котят, которые не понимают, где и когда может произойти следующая чрезвычайная ситуация?
— Так критично я бы ситуацию не оценивал, потому что есть методы, которые позволяют оценить состояние грунтов, но в целом согласен. Иногда вы можете по внешнему виду определить, болен ли человек, но в некоторых ситуациях нужен термометр, чтобы поставить диагноз.
Существует много других подходов. Можно моделировать температуру мерзлоты, использовать космические снимки для оценки, но все равно нужны натурные измерения, чтобы проводить валидацию модели. Получается, без мониторинга никуда. Решения должны опираться на данные. Когда данных нет, вы будете опираться на мнения и оценки, которые не всегда позволяют принять адекватное решение.
— Как можно остановить процесс таяния многолетнемерзлых пород или сократить его негативные эффекты на инфраструктуру?
— Существуют разные методы управления мерзлотной обстановкой. Она реагирует на то, что происходит над земной поверхностью. Например, перераспределение снега вносит вклад в изменение температуры мерзлоты. Под снегом температура мерзлоты более высокая. Если вы сдвинете бульдозером весь снег, исчезнет барьер между холодным воздухом и землей, так что температура грунта снизится. Другой аспект — растительность. Если у вас есть какой-то растительный покров, то в почву проникает меньше тепла по сравнению с оголенной поверхностью. Так что можно охлаждать мерзлоту, меняя различные покровы.
Еще есть инженерные решения, например, термосифоны, которые, грубо говоря, просто закачивают в грунт холод. Некоторые из них представляют собой трубку, которую втыкают в землю рядом с фундаментом. Это работает достаточно эффективно, но только в паре метров от термосифона.
Свайные фундаменты тоже направлены на сохранение вечномерзлых грунтов во время эксплуатации сооружения. У вас теплый дом и при этом холодная мерзлота, под домом снег не накапливается, а летом туда не попадает солнечный свет. В результате дом на сваях с проветриваемым подпольем прекрасно стоит на мерзлоте.
Но с потеплением климата и эта мерзлота начинает таять. Поэтому так важен мониторинг.