«Теплеет» и тает: чего опасаться живущим в вечной мерзлоте

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.

Порядка 25% суши земного шара покрывает вечная мерзлота. При этом само понятие «вечная мерзлота» — достаточно расплывчатое. Совершенно очевидно, что это породы, грунты и отложения, в которых есть вода в замерзшем состоянии, а их температура не становится выше 0 °C. Но ученые спорят, сколько лет должны существовать породы в таком состоянии, чтобы по праву называться «вечномерзлыми». Некоторые говорят, что не меньше двух. Другие считают, что раз это вечная мерзлота, — то возраст ее должен насчитывать не менее ста лет.

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.

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.

Изменения климата — это цикличный процесс, в котором колебания разных периодов накладываются друг на друга. Таким образом, несмотря на то, что в целом за XX и начало XXI века мы наблюдаем восходящий тренд средней температуры воздуха на Земле, внутри этого периода есть менее заметные отрезки времени, характеризующиеся похолоданием или еще бо́льшим потеплением. Например, самые теплые интервалы наблюдались в 1930-х годах (активное освоение Северного морского пути) и в 1980−90-х годах (пик «моды» на глобальное потепление), а наиболее холодные в 1940-е (помните из учебников истории про суровые морозы в годы Великой Отечественной войны?) и 1960−1970-е. В 2000-х годах резкое потепление предыдущего десятилетия значительно замедлилось, растущая температурная кривая сделала перелом, стабилизировалась, и популярная фраза «глобальное потепление» стала сменяться на более умеренное «глобальное изменение» климата.

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.

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.