Невечная мерзлота

/ Геологи уверены, что потепление климата изменит не только экологию региона

Ученый мир не первый год спорит по поводу глобального потепления. Одни находят потепление климата несомненным, другие тут же опровергают эти аргументы. Исследователи нашей республики тоже вовлечены в орбиту научных споров, которые носят отнюдь не умозрительный характер. Их выводы имеют прикладное значение для экономики республики, основу которой составляет добыча полезных ископаемых.

Экспансия карликовой ивы

Среди тех, кто придерживается точки зрения заметного потепления климата в последние годы, есть и сотрудники Коми территориального центра государственного мониторинга состояния недр (КТЦ ГМСН), существующего при горногеологической компании «МИРЕКО». В частности, начальник этого центра, доктор геолого-минералогических наук, член Совета по криологии Земли РАН Наум Оберман, основываясь на своих многолетних наблюдениях в тундре, связывает дальнейшее потепление климата с возможностью увеличения различных техногенных происшествий.

Наблюдения за климатом, за последствиями воздействия деятельности человека на окружающую среду, в частности на мерзлоту, в районе Воркуты ведутся еще с 1938 года. За все это время изменения, вызванные активным освоением северных территорий, никак не сказывались на состоянии мерзлоты в окружающей тундре. Во всяком случае, та инструментальная база, которая имелась в распоряжении геологов, не выявляла каких-то явных отклонений.

Чтобы выносить суждения об изменениях климата, необходимо фиксировать колебания, произошедшие не менее чем за четверть века. Отклонения, наблюдаемые за более короткие периоды времени, на языке ученых квалифицируются всего лишь как метеорологические изменения. Так вот, на графиках изменений среднегодовых температур воздуха с 1950 по 2005 год, выстраиваемых компьютером по данным наблюдений синоптиков на всех метеостанциях, расположенных в северной части Тимано-Уральской области (территория Республики Коми и Ненецкого автономного округа), начиная с 1970 года четко прослеживается тенденция потепления. Каждый год температура воздуха повышается на 0,01 градуса и более. «Это вроде бы малая величина и в реальности не ощущается, но если взять период за 30 лет, то средняя величина потепления составит уже 0,3 градуса. Совершенно однозначно можно сказать, что всюду, на всей территории мерзлотной зоны в пределах Тимано-Уральской области, включая Коми, наблюдается тенденция потепления климата. Наиболее активно это явление протекало примерно до 1995 года. Затем процесс потепления несколько затормозился, но тем не менее продолжается и сейчас», – уверенно констатирует, демонстрируя графики, Н.Оберман.

Наряду с повышением средней температуры воздуха наблюдается и повышение температуры мерзлоты. Причем в толще земли процессы потепления происходят нередко более интенсивно. Казалось бы, парадокс, но вполне объяснимый. Создается подобный эффект за счет смены характеристик поверхностных покровов. Так, снежный покров препятствует зимой выхолаживанию мерзлоты – залегающие в толще земли породы в меньшей степени подвержены внешнему воздействию холода. А летом наоборот – темная поверхность земных покровов поглощает больше тепла. В итоге за один и тот же период времени зачастую степень повышения температуры мерзлоты превышает степень повышения температуры атмосферного воздуха.

Это красноречиво иллюстрируют графики измерений, производимых геологами компании «МИРЕКО» с 1969 года и поныне в буровых скважинах, существующих на станциях наблюдений. За этот период времени в данных замеров колебаний температуры мерзлоты прослеживается аналогичная тенденция повышения среднегодовых значений. На разных участках рельефа данные различаются, максимальные же повышения температуры мерзлоты по состоянию на 2005 год достигают полтора градуса. «Это очень много! – то и дело переходя на восклицательные интонации, рассказывает Н.Оберман. – Сейчас температура продолжает повышаться, и ее повышение составляет уже больше чем полтора градуса».

Изменения в сторону потепления в тундре видны даже невооруженным взглядом. На тех ее участках, где к 1970 году высота кустарников не превышала 10-15 сантиметров, в последние годы заросли карликовой ивы достигают одного-полутора метров. Причем геологи наблюдают такую экспансию кустарников на многих площадях. В тундре значительно возросло количество таликов (естественных участков с талой подземной водой, образующихся в толще мерзлоты). Причем практически везде увеличивается глубина таликов, существовавших до климатического потепления последних десятилетий. Но и это еще не все. О деградации мерзлоты свидетельствует и то обстоятельство, что южная граница ледяного панциря земли (где мерзлота залегает прямо у поверхности) отступила к северу на 30-40 километров, а в некоторых местах даже на 100 километров.

Угроза фундаментам

Практически весь сырьедобывающий комплекс республики расположен в зоне залегания мерзлоты. Что произойдет, если продолжит таять ледяной покров тундры наряду с наблюдаемым по космическим снимкам таянием льдов в Северном Ледовитом океане?

– Мерзлота представляет собой породу, в значительной мере состоящую из влаги, превращенной в лед. Но в толщах земли содержатся так называемые рыхло-связная, прочно-связная и гравитационная воды. Рыхло-связная и прочно-связная воды – это та влага, которая заключена между частичками породы. Гравитационная (от слова гравитация – тяжесть) – это вода в чистом виде, которую качают из скважин. Так вот, когда температура в толще породы становится ниже нуля, допустим минус 0,1 градуса или минус 0,2 градуса, то гравитационная вода тут же замерзает. А вот рыхло-связная вода замерзает в зависимости от характеристик той породы, в структуру которой заключена. Такая вода в некоторых породах замерзает только при температуре минус 1 градус и ниже. А прочно-связная вода вообще замерзает при температуре минус 2,5 градуса. Промерзанию рыхло-связной и прочно-связной воды препятствуют частицы той или иной породы. И когда повышается температура мерзлоты, то постепенно происходит и оттаивание различных типов воды. Но происходит это неравномерно. Как известно, лед имеет объем на 11 процентов больше, чем вода, из которой он образовался, и при оттаивании льда порода соответственно уменьшается в объеме.
А значит, под весом верхних пород нижние слои начинают сжиматься. Таким образом происходит просадка грунтов, – объясняет Н.Оберман.

Судя по составленным сотрудниками КТЦ ГМСН графикам термокарстовых просадок земной поверхности за 20 лет, на некоторых участках произошло оседание земной поверхности на глубину до 0,5-0,6 метра.

– Это очень много! – снова восклицает Наум Григорьевич.– И является одним из проявлений деградации мерзлоты. Естественно, такое происходит не повсеместно. Где-то земля на 0,3 метра проваливается, а на некоторых участках вообще нет проседания. Но тенденция повышения температуры мерзлоты наблюдается неуклонно, и это чревато для нас весьма удручающими последствиями. И вот почему. Все производственно-технические сооружения и социальные объекты – жилые дома, железные дороги, комбинаты, заводы, нефтяные и газовые трубопроводы – все они построены на земле. Но строительные конструкции – это жесткие конструкции, не рассчитанные на то, что может произойти осадка из-за оттаивания мерзлоты. Обычно по площади здания и сооружения довольно протяженные, и под ними могут находиться различные породы: суглинки, пески, торфяники. Априори при одинаковых внешних воздействиях температура в песке повысится значительнее, чем в суглинке. С потеплением климата температура различных пород грунтов под сооружениями повышается неравномерно. Соответственно неравномерно уменьшаются объемы грунтов, и в итоге основание того или иного сооружения где-то может просесть сильнее, где-то менее. В результате происходит деформация, излом и разрушение либо основания, либо всей конструкции.

На зыбучих льдах

По данным Воркутинского БТИ, в заполярном городе из-за неравномерной осадки грунтов вследствие деградации мерзлоты пострадало уже не одно здание. Так, жилая пятиэтажка по улице Воргашорской, 14 прослужила 7 лет вместо 50. Дом давно отселен и подлежит сносу. Подобная участь уготована и дому по улице Лермонтова, 13. Здание пытались укрепить, как бинтами, обтянув поясами дополнительной кирпичной кладки. Наглухо заделали оконные проемы, но эффект оказался незначительным. Подобные случаи для Воркуты далеко не исключение. Особенно много саморазрушающихся строений в III микрорайоне, несмотря на то, что они построены на сваях, со специальными охлаждающими установками.

Деградация мерзлоты стала, по мнению Н.Обермана, одной из основных причин и крупнейшей аварии, случившейся в Усинском районе осенью 1994 года на нефтепроводе «Возей – Головные сооружения». В результате того инцидента в окружающую среду, по различным оценкам экспертов, попало от 60 до 150 тысяч тонн нефтесодержащей жидкости. Тогда на территории Усинского района было объявлено чрезвычайное положение. Значительные площади оказались в зоне экологического бедствия. Последствия аварии ликвидируют до сих пор, хотя в свое время были установлены и дамбы, и гидрозатворы, и боновые заграждения. По сей день, по словам местных жителей, часть рыбы продолжает пахнуть нефтью. Проникло ли загрязнение в подземные водные источники, до сих пор никто не знает.

– В комиссии, которая исследовала причины этой аварии, не было ни одного специалиста-мерзлотоведа, хотя нефтепровод сооружен на мерзлоте. В результате был поставлен не совсем точный «диагноз» аварии – коррозия труб. Неравномерная осадка протаявших под нефтепроводом мерзлых грунтов даже не рассматривалась в качестве одной из возможных причин этой крупнейшей аварии, хотя испытания, проведенные ухтинским институтом «ПечорНИПИнефть» на 45-километровом опытном участке нефтепровода еще до ввода его в эксплуатацию, показали, что оттаивание даже сезонномерзлых грунтов приводит к падению «плетей» трубопровода на землю, – делится своими выводами начальник центра мониторинга состояния недр.

От проседания грунтов в значительной степени страдает и Северная железная дорога. Протяженность участков, на которых показатели просадки превышают допустимые нормативы, существенно возрастает с потеплением климата. Однако таяние мерзлоты оборачивается колоссальным пополнением запасов пресных подземных вод. И это один из несомненных плюсов потепления – как для республики, так и для всей России.

Ольга САЖИНА.

ТАКЖЕ В РУБРИКЕ

№240 (4154) - 25 декабря 2009 года