РФ теряет ежегодно около 11 кв. км суши из-за таяния вечной мерзлоты

Вечной мерзлотой покрыто 65% территории России, все строительство в Арктике, Сибири и на Дальнем Востоке велось в буквальном смысле с опорой на нее. Однако в последние годы ее надежность в связи с изменением климата стала подвергаться сомнению. Недавно начавшаяся Большая норильская экспедиция Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) одной из своих задач ставит проверку на прочность сооружений и земли под ними. О том, насколько связаны с таянием подземного льда разлив топлива на ТЭЦ в Норильске и разрушения зданий последнего времени, о потерях суши в Северном Ледовитом океане и о возрасте вечной мерзлоты в интервью ТАСС рассказал директор Института мерзлотоведения имени П.И. Мельникова СО РАН Михаил Железняк.

— Какие задачи ставит перед собой институт в начавшейся экспедиции?

— В экспедиции задача Института мерзлотоведения дать характеристику и оценку состояния сезонных и многолетнемерзлых пород на территории расположения инженерных объектов, зоне разлива нефтепродуктов и на территории, не подверженной загрязнению. На основании материалов, которые мы получим в ходе полевых исследований, посмотрим, как изменились мерзлотные условия. При наличии материалов инженерно-геологических изысканий и выполненных исследований постараемся дать свое видение причин случившейся аварии.

— Как будут выглядеть полевые работы? Где собираетесь брать пробы?

— От нашего института в экспедиции участвуют двое исследователей. Проведем буровые работы, температурные наблюдения в скважинах, выполним маршрутные наблюдения, отбор проб во время бурения, охарактеризуем криогенные процессы. Нужно оценить глубину сезонного протаивания и температуру пород на фоновых участках и на месте расположения аварийного сооружения.

— Сегодня какими данными располагает институт о вечной мерзлоте в Норильске? Когда такие исследования проводились там в последний раз?

— У нашего института есть мерзлотная станция в Игарке, это не так далеко. В последний раз наши коллеги работали в Норильске три года назад. Я в 1980-х годах работал в регионе, занимаясь исследованием мерзлотно-геотермических условий. В 1990-х годах в Норильске была лаборатория Института мерзлотоведения, которая занималась устойчивостью инженерных сооружений. В 2007 и  2013 годах приезжал в Норильск, мы с городскими властями обсуждали проблемы устойчивости жилых домов. В общем, мерзлотные условия нам знакомы.

— Сразу после аварии высказывались предположения, что в аварии виновато таяние вечной мерзлоты. Вы согласны с такой предварительной оценкой?

— Не могу сказать, пока мы не получим материалы. Ведь аварии случались и раньше, когда не было такого потепления в Арктике. Причины могут быть разные. Необходимо посмотреть  мерзлотно-грунтовые условия, наличие в них подземных льдов. Потому что если грунты не льдонасыщены и не просадочны, то причина аварии могла быть совершенно другой,  например, в состоянии материалов конструкций. Сегодня говорят, что причиной могло стать таяние мерзлоты, разрушение бетонного основания, лопнувшая емкость от сейсмических колебаний, которые раскачали жидкость в хранилище, и так далее. Но это все версии. Нужно разобраться в причинах, и это реально можно сделать.

— Какова ситуация с вечной мерзлотой в России? Насколько сильно она тает и уменьшается в последние десятилетия?

— Идут климатические изменения, которые мы все чувствуем, и даже изменения среднегодовых температур воздуха — это один из показателей, но не единственный, который говорит, что для района Норильска, Таймыра за последние 40 лет температура повысилась на полтора градуса. А вообще, в России есть регионы, где среднегодовая температура выросла за этот период на три градуса. Конечно, это оказывает влияние и на грунтовые условия. С другой стороны, существует принцип Ле Шателье — Брауна, и природная среда откликается на внешние воздействия. То есть если пошло повышение температуры, то идут изменения и поверхностных условий теплообмена. Эта реакция не везде одинаковая, она зависит от ландшафтных условий. Например, в центральной Якутии пошли интенсивные просадки на открытых, без леса, участках развития пород ледового комплекса, близко залегающих к поверхности. В лесных массивах эти явления незначительны или не наблюдаются. То есть реакция на изменение климата совершенно различная, хотя она, несомненно, есть. Где-то она слабая, а где-то за 40 лет ее и вовсе не видно. Большое влияние на состояние мерзлых грунтов оказывает снежный покров, режим его накопления.

— Насколько сократилась площадь вечной мерзлоты в России за последние десятилетия?

— Точную оценку я затруднюсь сказать, потому что в разных районах мерзлота отступает по-разному. Мы вообще-то нечетко знаем наши южные границы мерзлоты. В целом мерзлота занимает 65% территории России. Я считаю, что в южных регионах криолитозоны она исчезла на 2–3% территории, не больше. На значительных территориях увеличился верхний слой летнего протаивания, но ниже залегает мерзлая толща, она не исчезла.

— Есть ли такие местности в России, где нет таяния вечной мерзлоты и изменение климата там не чувствуется?

— В центральной Якутии, в некоторых ландшафтных зонах, в определенных лесных сообществах температура воздуха повышается, изменяются растительные сообщества, а реакции увеличения глубины сезонного протаивания или повышения температуры пород не наблюдается.

— Почему?

— Один раз в три-четыре года бывают такие зимы, когда снег, который является хорошим теплоизолятором, выпадает значительно позже. Низкие температуры воздуха, отсутствие или небольшая мощность снежного покрова способствует охлаждению грунтов в этот период.

Есть особые области в Верхоянском районе Якутии, где за последние восемь лет в верхнем пятиметровом слое земли наблюдается даже понижение температуры на две десятых градуса. Причем это явление отмечено не в одной точке, а на десяти разных участках рельефа. Это зафиксировано нашими автоматическими станциями, которые определяют температуру четыре раза в сутки и за год накапливают 1600 измерений. Это позволяет оценить температурные условия в различные сезоны года.

— Сколько у вас таких наблюдательных станций?   

— Подобных наблюдательных станций или участков в Восточной Сибири, где постоянно ведутся измерения, около 60. Однако они не имеют равномерного площадного распределения и не охватывают все ландшафтные условия. Сегодня разрабатывается программа по созданию системы мониторинга в Арктике, и я надеюсь, что Министерство по развитию Дальнего Востока ее поддержит. Если разместить 70 точек равномерно во всех ландшафтных зонах, то получится хорошая наблюдательная сеть. 

— Когда рассчитываете на принятие программы?

— Программа должна быть передана в правительство в декабре 2020 года. Дальше будет решаться вопрос, кто ее будет осуществлять, бурить, наблюдать. Планируется, что это будет государственная сеть. Вопрос, в чьем ведении? Недропользователей, экологов, геологов, метеорологов? Я думаю, что на создание системы наблюдений во всей зоне вечной мерзлоты уйдет лет десять.

То, что есть у нас, это научные станции, которые ставятся для решения какой-то задачи, часто для перспективных месторождений полезных ископаемых. Однако не все недропользователи готовы или позволяют на их территориях создавать подобные наблюдательные площадки. Мы участвуем в научных грантах и, если выигрываем, используем финансы для закупки оборудования и создания площадок наблюдений. В бюджете у науки сегодня нет финансов на создание нормальных станций.

— Есть ли места, где толщина слоя мерзлоты сократилась и уже не позволяет держать строительные сваи?

— Конечно, есть такие примеры, например в Забайкалье, в Чите. Там были фундаменты, запроектированные на мерзлые грунты. В настоящее время на некоторых территориях эта мерзлота деградировала. Но если говорить честно и откровенно, то большее влияние на устойчивость зданий и сооружений оказывает не мерзлота, а условия эксплуатации. Возведение инженерных сооружений создает специфическую природно-техническую систему. Если, например, в Якутске среднегодовая температура грунтов сейчас составляет около 2,5–3 градусов, то под правильно функционирующими проветриваемыми подпольями домов на сваях температура грунта составляет минус 3,5–4 градуса. То есть само правильно функционирующее проветриваемое подполье является инженерной охлаждающей системой.

Что касается Норильска, то там другие условия. Проветриваемые подполья работают неэффективно вследствие значительного снегонакопления, которое не позволяет в зимний период циркулировать холодному воздуху под зданием.

— Повышение среднегодовой температуры и таяние мерзлоты требуют изменения строительных правил и нормативов?

— Современное изменение климатических условий для ряда регионов, в том числе для Якутска, не несет катастрофических последствий, если эти инженерные системы нормально эксплуатируются и обеспечены контролем состояния грунтового основания. Здания и сооружения проектируются на определенный срок службы. Например, каменный жилой  дом — на 50–70 лет. Если существует система нормального контроля за инженерным сооружением, то в случае изменения контролирующих параметров можно провести превентивные защитные мероприятия, которые позволят на какой-то период сохранить условия эксплуатации. Но, к сожалению, часто такой контроль отсутствует. Например, в средствах массовой информации освещается, что в Якутске разрушился дом из-за таяния мерзлоты. На самом деле причина этому разрушению другая — бесхозяйственность, которая связана с неправильной эксплуатацией проветриваемого подполья (летом идет скопление воды, зимой — формирование наледей) и, как следствие, разрушение несущих конструкций. Часто основания некоторых домов находятся в понижении между поднятыми вокруг основаниями других сооружений, формируется ложбина стока, к тому же плохо проветриваемая летом, и в этих условиях формируется таликовая зона. Повышенная влажность под этими сооружениями влияет на конструкции, сваи, балки, которые разрушаются, перестают нести запланированные нагрузки, — происходит обрушение. Мерзлота — "консервативная среда" и позволяет иметь время на раздумья, если мы контролируем происходящее, а не ждем, пока здание разрушится. Трагедии из таяния вечной мерзлоты делать не нужно, надо следить за сооружениями.

— Как вы оцениваете изношенность инфраструктуры на Крайнем Севере?

— Наверное, это лучше сделают службы, которые следят за износом. Я знаю разные цифры, которые называют профессиональные люди. Они считают, что изношенность зданий и сооружений достигла порядка 60%. Кто-то считает, что изношенность выше. Лучше оценивать конкретно город или поселок. Изношенность зависит от правил эксплуатации и устаревания зданий. Ведь каждое здание проектируется на определенный период. Какие-то здания могут существовать и полтора срока, отводимого на их эксплуатацию. Это связано с правильными условиями эксплуатации.

— Появились ли в строительстве новые материалы и технологии, которым не страшно таяние мерзлоты?

— Есть новые материалы и разработки новых конструкций свай. Начали применять рифленые сваи, имеющие большую площадь смерзания с грунтом при той же глубине заложения, что и гладкие сваи, широко применяются различные теплоизолирующие материалы. Совершенно очевидно, что нельзя одну и ту же конструкцию применять для всего Крайнего Севера, ведь климатические и грунтовые условия различные. Это учитывается в проектных решениях для каждой территории. Сегодня строят многоэтажные дома. Если в Якутске 40 лет назад десятиметровые сваи считались глубокими, то сейчас сваи заглубляют на 15–16 м, что зависит от нагрузки. Создавая запас прочности, увеличивая площадь смерзания у висячих свай, мы уходим от опасности разрушения зданий. Одна из серьезных проблем строительства на Севере — это, конечно же, бетон, который от значительных колебаний температуры начинает крошиться. В сваях и других железобетонных конструкциях обнажается железная арматура, которая начинает ржаветь, что, в свою очередь, приводит к их разрушению. Сегодня появляются и разрабатываются новые марки бетона. В дорожном строительстве начинают применять пластификаторы и добавки, которые позволяют выдерживать суровые условия с большими амплитудами температуры.

— Насколько мерзлота является вечной? Есть ли оценки ее возраста?

— Для человека ее возраст сопоставим с вечностью. Есть участки, где мерзлота не оттаивала почти 2 млн лет. Это Колымская низменность на севере Якутии. Мощность ее там 500–600 м. В периоды потепления она протаивала сверху и снизу, но в серединной части сохранилась более 1,9 млн лет.

— Насколько опасно таяние вечной мерзлоты для побережья Северного Ледовитого океана, где берег, разрушаясь, отступает? Сколько земли теряет наша страна?

— Сотрудники нашего института ведут наблюдения за мерзлотой в шельфовой зоне Северного Ледовитого океана и за береговыми процессами. Скорости отступания берегов составляют от одного-двух до 30 м в год и зависят от структуры берега. Средняя скорость отступания берегов морей Лаптева и Восточно-Сибирского — 0,8 м в год, а площадь теряемой в современный период суши составляет 10,7 кв. км в год.

— На старых царских картах можно увидеть острова, которых уже нет…

— Совершенно верно. Есть такие острова. Даже на моей жизни несколько островов исчезло — это острова Семеновский, Васильевский, Фигурнин.