Мониторить вечную мерзлоту дешевле, чем разбираться с последствиями аварий, как в Норильске
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? Об этом в интервью Тайге.инфо рассказал профессор Университета Джорджа Вашингтона (США) Дмитрий Стрелецкий.
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.
Тайга.инфо: 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.
Еще несколько десятилетий назад никто не задумывался о том, что средняя температура повысится на два градуса, поэтому такую возможность не закладывали при строительстве и эксплуатации сооружений. Даже в строительных нормативах арктические породы называют вечномерзлыми грунтами, хотя ничего вечного в мерзлоте нет. Более правильный термин — многолетнемерзлая порода, и тогда к ним возникает уже другое отношение. Были периоды похолодания, когда мерзлота покрывала намного большую площадь, чем сейчас, были периоды потепления, когда она отступала и оттаивала. Это достаточно динамическая среда даже в масштабе 30-50 лет.
Тайга.инфо: Когда ученые поняли, что вечная мерзлота — я все же буду использовать привычный термин — начинает таять? Когда впервые заметили эту проблему?
— 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.
На самом деле, такие мониторинги проводились, но почему-то сейчас, насколько я знаю, мониторинг температуры не входит в комплект обязательных процедур, которые частные и государственные компании должны проводить. Поэтому мы не знаем, насколько мы больны. Может мы хронически больны, а может в некоторых местах чувствуем себя нормально. Но точно сказать об этом без постоянного мониторинга многолетнемерзлых грунтов мы не можем.
Тайга.инфо: А в других арктических странах ситуация такая же или там мониторингом занимаются системно?
— Да, такая ситуация практически везде. В свободное от работы в университете время я руковожу Глобальной сетью мониторинга криолитозоны. Мерзлота существует не только в Арктике, но и в горах: на Тибете очень большие проблемы со строительством на мерзлоте, в швейцарских Альпах сложности с подъемниками и склонами. Практически во всех странах отсутствует государственный мониторинг мерзлоты, кроме, наверное, Швейцарии. Геологические службы проводят ограниченный мониторинг в Норвегии, Канаде, США и некоторых других странах.
Периодически идеи проводить такой мониторинг возникают и в России. Это будет в сотни раз дешевле, чем разбираться с обрушениями домов, разливами топлива и так далее. Но пока в стране сети для наблюдений нет, хотя некоторые города уже этим интересуются. Например, в Салехарде пытаются развернуть мониторинг своими силами. Когда вы проводите измерения в городе, то можете понять, в каком направлении движется городская среда и можете принимать решения, как с этим бороться. Для этого нужно регулярно измерять температуру в различных частях города и под разными типами зданий. Нужны нормативы, которые определяют порядок этой работы. Без этого аварии будут происходить и дальше.
Дмитрий Стрелецкий. Фото Университета Джорджа Вашингтона
Тайга.инфо: 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.
Тайга.инфо: 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.
Тайга.инфо: Каких последствий таяния вечной мерзлоты, кроме повреждения объектов инфраструктуры, нам стоит опасаться? О чем еще нужно знать?
— Есть много страшилок, связанных с мерзлотой. Основная проблема — в мерзлоте содержится огромное количество углерода. При протаивании мерзлоты углерод, который накапливался в течение тысячелетий, может попасть в атмосферу и ускорить дальнейшее повышение температуры.
Есть и другие проблемы, например, береговая эрозия. Сейчас серьезно отступает морской лед, увеличивается волновая активность, становится дольше период, когда вода не покрыта льдом — и берег быстро разрушается. На Аляске много поселений, которые уже практически смыты в море. Каждые два года в Арктике мы теряем территорию, сопоставимую по площади с Парижем. Некоторые острова пропадают. Береговая эрозия — серьезный процесс.
Таяние мерзлоты может привести к возвращению вирусов и бактерий, которые были в ней заключены. Это же гигантский холодильник, где много чего хранится.
В Арктике стали появляться кратеры, которые могут угрожать городам и инфраструктуре.
Тайга.инфо: Есть ли плюсы в таянии вечной мерзлоты?
— Это очень философский вопрос. Плюсы, конечно, есть во всем. Мерзлота — это водоупор. В России есть места, где мерзлота позволяет влаге обеспечивать растительность. Если мерзлота исчезнет, образуются условия, при которых некоторые типы деревьев не могут существовать. То есть, вместо тайги у вас будет степь или даже более засушливые типы ландшафтов. Возможно это как-то можно использовать для сельского хозяйства. Другой плюс в том, что увеличивается сток рек. Если хотите отказаться от нефти и развивать гидроэнергетику, будет больше ресурсов для этого.
В мерзлотных районах стоимость фундамента намного дороже, она может достигать до трети всего сооружения. Так что стоимость строительства в Арктике уменьшится.
Если изменения происходят медленно, к ним можно адаптироваться. Но если условия изменились за 20 лет, а инфраструктура на новые условия не рассчитана, то плюсов тут мало.
Беседовал Илья Кабанов, научный обозреватель Тайги.инфо (@metkere)