Вечная мерзлота как камень преткновения, или Время спасать вечную мерзлоту

М.М. Шац, к. г. н.

Как влияет деятельность человека на устойчивость северных природных систем? Почему ускорились процессы деградации вечной мерзлоты? К чему они могут привести? На эти вопросы отвечает Марк Михайлович Шац, доцент, к. г. н., ведущий научный сотрудник Института мерзлотоведения СО РАН.

 

Сибирь-кладовая природных ресурсов

Россия - северная страна. По разным данным, от 55 до 65 % её площади находится в районах вечной мерзлоты. Несмотря на низкую населённость, для России это стратегически важные территории. На них залегают более 30 % разведанных запасов нефти, примерно 60 % запасов природного газа, а также каменный уголь и торф, богатые месторождения цветных металлов, золота и алмазов. Природные богатства Сибири необходимо вовлекать в хозяйственный оборот, поэтому на вечномёрзлых грунтах возникают города и посёлки. Их населению приходится жить и работать в условиях постоянного психологического стресса, вызванного тяжёлой работой и суровым климатом. Власти страны обязаны сделать всё возможное для улучшения условий жизни этих людей и повысить качество среды городов, расположенных в зоне вечной мерзлоты.

Опасная тенденция

В результате масштабного освоения месторождений полезных ископаемых произошли существенные изменения во всех компонентах природной среды Сибирского региона. Наиболее очевидно они проявились в деградации вечномёрзлых грунтов на урбанизированных территориях Восточной и Западной Сибири. Её причиной стало загрязнение грунтов легкорастворимыми солями NaCl, CaCl₂, CaSO4, MgSO4, MgCl₂, которые попадают в них в результате оседания выбросов в атмосферу предприятий перерабатывающей промышленности и постоянных утечек из коммунальных инженерных сетей и различных трубопроводов. Поверхностное и глубинное засоление многолетнемёрзлых грунтов ведёт к их переходу из твёрдого мёрзлого в пластично-мёрзлое и немёрзлое состояние. Температура их замерзания опустилась до -3 - -5 ºС. Городские территории, на которых находятся участки с отрицательно мёрзлыми талыми грунтами, неизбежно затапливаются и заболачиваются, а расположенные на них фундаменты и опорные конструкции сооружений разрушаются. Сибирские города, исполняющие роль плацдармов освоения природных ресурсов, теряют огромные жилые площади, а объекты их транспортной и коммунальной инфраструктур требуют постоянного ремонта.

Мерзлотные аварии

Следствием деградации вечной мерзлоты на урбанизированных территориях являются просадки при таянии подземных льдов, морозобойное растрескивание, местное и площадное пучение, заболачивание и подтопление, а также техногенное наледеобразование. Активизация этих процессов неблагоприятно сказывается на эффективности функционирования городских территорий.

Более 75% зданий и сооружений в зоне вечной мерзлоты построено и эксплуатируется по принципу сохранения мёрзлого состояния грунтов оснований. Чем ниже температура мерзлоты, тем больше сила смерзания и выше несущая способность оснований. При повышении температуры грунтов происходит резкое уменьшение несущей способности вмороженных фундаментов, но так как нагрузки остаются прежними, объекты деформируются.

В последние десятилетия расширение площадей распространения деструктивных криогенных процессов наблюдается во всех городах России, стоящих на вечной мерзлоте. Они выражаются в разрушении фундаментов, неравномерной осадке и даже обрушении зданий, а также в провалах шоссе, железнодорожных путей, блоков подземных коллекторов коммунальных сетей, формировании просадочных рытвин и увеличении зон заболачивания городских территорий.

За последние 10 лет у 250 крупных сооружений в Норильском промышленном районе выявлены существенные деформации, связанные с ухудшением мерзлотных условий. Примерно 100 объектов находятся в аварийном состоянии, около 40 девяти- и пятиэтажных жилых домов, возведённых в 60-80-е годы, снесены или подлежат сносу. Деформировано почти 60% зданий и сооружений в Игарке, Диксоне, Вилюйске, 100% зданий и сооружений в национальных посёлках Таймырского округа, около 40% зданий и сооружений в Воркуте. В Якутске с начала 1970-х годов более 300 зданий получили серьёзные повреждения в результате просадок оттаявшего грунта.

Если техногенная «оттепель» продолжится, придётся вновь отстраивать многие жилые дома и промышленные предприятия, заново прокладывать автомобильные и железные дороги.

Характерно, что анализ изменения температуры воздуха, в основе которого лежали данные наблюдений, произведённых в разных регионах Сибири, не даёт оснований для констатации существенного потепления климата. Следовательно, деградация вечной мерзлоты вызвана нарушениями правил ведения хозяйственной деятельности на урбанизированных территориях. Негативные криогенные процессы проявляются в повышении температуры локальных тепловых полей под зданиями и сооружениями, образовании многочисленных техногенных таликовых зон, увеличении глубин сезонного оттаивания грунтов. Обводнение считается одним из наиболее неблагоприятных факторов, влияющих на потерю устойчивости грунтов оснований и несущих конструкций.

Причины деградации вечномёрзлых грунтов

Исследования показали, что деградация многолетнемёрзлых пород в городах северных промышленных регионов является результатом длительных техногенных влияний на вечномёрзлые основания. Понижение температур замерзания грунтов вызвано комплексом факторов, основными из которых являются:

Пути решения геокриогенных проблем городских территорий

Для выхода из сложившейся кризисной ситуации необходимо:

Реализация этих предложений позволит хотя бы частично решить важнейшие социально-экологические проблемы северных городов - плацдармов, необходимых России для дальнейшего освоения и развития богатых полезными ископаемыми территорий.

Неоптимистичная перспектива

Недооценённые в 80-х годах ХХ в. проявления деградации вечной мерзлоты через 30 лет привели к катастрофическим последствиям, проявившимся в непригодности к эксплуатации жилых зданий, дорог, инженерных сетей, промышленных сооружений. Если в очередной раз отговориться отсутствием средств для решения этой очевидной проблемы, то примерно к середине ХХI столетия от российской вечной мерзлоты останется только пятая часть её современных площадей.

Набирающие силу негативные криогенные процессы разрушат существующую инфраструктуру северных урбанизированных территорий и обострят социальные и экономические проблемы не только Сибирского региона, но и всей страны, потому что в будущем для спасения городов, в которых проживают люди, занятые в добыче и первичной переработке полезных ископаемых, потребуются колоссальные средства. Такие вложения удорожат себестоимость добычи сырья, а это обстоятельство приведёт к серьёзному повышению рыночной цены продукции добывающей отрасли экономики.

Cправка:
Вечная мерзлота - это верхняя часть земной коры, характеризующаяся отсутствием периодического протаивания. Зоны вечной мерзлоты распространены на севере Евразии, Северной Америки, в Антарктиде, на островах Северного Ледовитого океана. Вечная мерзлота - явление глобального масштаба, её общая площадь оценивается примерно в 35 млн км² и составляет около 25 % поверхности материков.