«Невечная мерзлота»: как наука и крупные компании готовятся противостоять угрозе разрушения инфраструктуры в Арктике

Президент России Владимир Путин недавно вновь напомнил, что освоение Арктики является неоспоримым государственным, политическим и экономическим приоритетом. С Арктикой связано укрепление энергетического потенциала страны, расширение логистических возможностей, а также обеспечение национальной безопасности, подчеркнул он. Новые перспективы для освоения региона и развития Северного морского пути открывает глобальное потепление, которое очень ярко проявляется как раз в Арктике. Но оно же несет новые риски, связанные с таянием мерзлоты. «Континент Сибирь» с помощью экспертов выясняет, чем оборачивается таяние льдов и что делают в этой ситуации крупные российские компании, которые, откликаясь на призыв Путина, заявляют о своем участии в освоении Арктики.

Обращает внимание на проблему и власть. Как сообщили «Континенту Сибирь» в аппарате полномочного представителя президента Российской Федерации в Сибирском федеральном округе: «В той или иной плоскости ситуация с деградацией мерзлоты регулярно обсуждается в рамках Государственной комиссии по вопросам развития Арктики. Вопросы хозяйственной деятельности в условиях вечной мерзлоты ранее рассматривались в рамках совместных мероприятий с представителями региональных органов власти, крупного бизнеса и учёных не только Сибири, но и Уральского федерального округа».

Угрозы, которые несут с собой климатические изменения и вызванное ими таяние вечной мерзлоты, осознаны и на верхнем уровне российского бизнес-сообщества. Недавно, например, на эту тему высказался вице-президент по федеральным и региональным программам ПАО «ГМК Норильский никель» Андрей Грачев. «Мониторинг состояния вечной мерзлоты – это тема, актуальная для всей арктической зоны, в ближайшие десятилетия можно ожидать глобальных проблем, вызванных этими процессами. Поэтому наша компания совместно с Заполярным университетом открыла центр контроля мерзлоты», - говорит топ-менеджер. Как рассказали «Континенту Сибирь» в «Норникеле», в 2022 году Институт физики атмосферы РАН на основе глобальных сценариев изменений климата выполнил прогноз климатических изменений для регионов присутствия компании. В рамках моделирования проанализировано более 60 климатических моделей, из которых выбраны 5, наилучшим образом отражающие динамику фактических данных за последние десятилетия. Советом директоров «Норникеля» были утверждены сценарии глобального изменения климата до 2050 года и рекомендованы для использования при оценке физических рисков. Эксперты из академической среды, с которыми поговорил «Континент Сибирь», оценивают ситуацию не менее серьезно, считая, что проблемы нарастают.

Чтобы оценить, насколько серьезными могут стать проблемы, разберемся, что такое вечная мерзлота. Неверно думать, что речь идет только о далекой тундре в Заполярье. Вечная мерзлота – это грунт, под поверхностью Земли, непрерывно промерзающий в течение сотен или тысяч лет, который простирается на четверть Северного полушария намного южнее Полярного круга, вплоть до Северной Монголии. Так, землетрясение на Алтае в начале этого века доказало, что под Чуйской долиной залегают слои сплошной мерзлоты и это объяснило многие происходящие там процессы. «Раньше мы могли только догадываться об этом, поскольку выяснить точно можно было лишь с помощью бурения, а это очень дорогие исследования. Благодаря возникшим тектоническим трещинам, ученые смогли получить достоверную информацию о ситуации в этой локации. Но если говорить о Сибири в целом, мы до сих пор точно не знаем ни границ распространения областей мерзлоты, ни их влияния на наземные экосистемы», – сказал корреспонденту «Континента Сибирь» научный консультант Климатического центра Новосибирского государственного университета, доктор биологических наук Николай Лащинский.

Научный консультант Климатического центра Новосибирского государственного университета Николай Лащинский.

Но что известно ученым точно, так это то, что в процессы таяния (или деградации) мерзлоты заметно ускоряются. Причем таяние началось не вчера. «Эти процессы происходят на протяжении уже десятков лет и дальше будут развиваться по нарастающей», - уверен ведущий научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики (ИНГГ) им. А.А. Трофимука СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Владимир Оленченко.

Правда, в вопросе о том, как климат будет меняться дальше, научный мир до сих пор не пришел к консенсусу. Как известно, климатические изменения носят циклический характер, периоды потепления сменяются похолоданиями и наоборот. Многие нынешние погодные аномалии – летние периоды небывалой жары, обильные снегопады зимой или столь же обильные дожди в межсезонье – характерны скорее для смены цикла и могут означать возникновение тренда на похолодание. Но и это тоже не гарантировано, считают эксперты. Дело в том, что таких циклов несколько, они сильно отличаются по продолжительности (от нескольких десятков до сотен и тысяч лет) и, в случае наложения одного цикла на другой, грядущее похолодание может сдвинуться. В любом случае, речь идет о прогнозах изменения климата на протяжении достаточно длительного периода, а деградация мерзлоты сказывается на состоянии инфраструктуры и экономическом развитии арктических территорий уже сейчас.

Напомним, в целом речь идет о территориях от Мурманской области до Чукотки, где суммарно живут и работают 2,6 миллиона человек. Хотя, конечно, темпы таяния мерзлоты в разных регионах могут отличаться. «В Ямало-Ненецком автономном округе (ЯНАО) границы мерзлоты сдвинулись на 100-300 километров на север, меняется состояние грунтов, растительный покров, там, где были только мхи и лишайники, теперь растут низкорослые травы», – говорит ведущий научный сотрудник Института криосферы земли СО РАН, директор программы «Геотехника в криолитозоне» Тюменского государственного университета, кандидат технических наук Надежда Молокитина. Схожие процессы отмечаются и на территориях восточнее, например, берег острова Котельный в Восточно-Сибирском море отступает вглубь суши со скоростью 40 метров в год, что чрезвычайно быстро по геологическим меркам.

Директор программы «Геотехника в криолитозоне» Тюменского государственного университета Надежда Молокитина. Фото предоставлено спикером

Наиболее интенсивно процессы потепления климата и деградации мерзлоты, по мнению большинства экспертов, проявляются в Западной Сибири. «Для сравнения, температура мерзлых грунтов на Алтае повысилась на 0,2 градуса, а на Ямале на два с половиной градуса, разница больше, чем десятикратная», - отмечает Владимир Оленченко. В результате, изменения в грунте уже сейчас ощутимо сказываются на состоянии инфраструктурных объектов.

Особенно это заметно на территории городов и поселков, где с одной стороны выше плотность этих самых объектов, а с другой – выше темпы таяния мерзлоты. «Ситуация осложняется тем, что большая часть зданий и сооружений была возведена в 1960-1970-х годах, когда никто не рассматривал вероятность потепления, считалось, что свойства грунта не изменятся и глубина свай была соответственной. А сейчас они оказываются в пластичных грунтах, в фундаменте появляются трещины и здание необходимо выводить из эксплуатации», - поясняет Надежда Молокитина.

Красноярский край по итогам 2023 года стал последним в СФО по индексу промышленного производства

В конце февраля этого года заместитель губернатора ЯНАО Александр Подорога выступил с прогнозом, что из-за таяния вечной мерзлоты к 2050 году может быть повреждено более 50% зданий региона. Протаивание грунтов угрожает не только фундаментам, оно может привести к обрушению берегов и образованию провалов. Побережье поселка Амдерма в Ненецком округе местами уже начало осыпаться в Карское море. Специалисты не исключают, что в воде могут оказаться и прибрежные сооружения.

В итоге сегодня возникают две глобальных задачи: выработать новые правила строительства и эксплуатации зданий и сооружений, учитывающие изменения, происходящие с мерзлотой и, одновременно, внедрить системы мониторинга и раннего оповещения о повреждениях, возникающих в фундаментах уже построенных объектов (а еще лучше – системы, прогнозирующие риск таких ситуаций).

Одно из решений предлагают сотрудники Передовой инженерной школы Новосибирского государственного университета (ПИШ НГУ), разрабатывающие интеллектуальную программную платформу, которая с помощью датчиков будет в автоматическом режиме осуществлять сбор информации о состоянии зданий с последующим анализом и оповещением пользователя о возникновении угрожающей ситуации. По сути, речь идет об еще одном применении технологий «интернета вещей», о которых «Континент Сибирь» неоднократно рассказывал.

Платформа, созданная в ПИШ НГУ, стала победителем технологического конкурса «Арктек» в декабре 2023 года. Сейчас идет речь о ее дальнейшем совершенствовании, оптимально – о построении массовой сети с облачным сервисом для хранения информации о техническом состоянии исследуемых зданий и конструкций. На его основе предполагается запустить сервис уведомлений, с помощью которого обслуживающие их организации будут оперативно получать информацию о наступлении опасных событий.

Как корпорации поддержат нового губернатора Красноярского края?

Аналогичные системы, по информации, полученной от аппарата полномочного представителя президента РФ в СФО, уже внедряются на производственных объектах ГМК «Норильский никель». «В частности, действует Центр оперативного отслеживания состояния зданий и сооружений, а именно – температурного состояния грунтов оснований, а также деформационного поведения фундаментов», - сообщается в ответе полпредства на запрос «Континента Сибирь». Вице-президент компании Андрей Грачев поделился с изданием некоторыми результатами этой работы: «В Заполярном филиале «Норникеля», мы создали Центр мониторинга зданий и сооружений, взяв под постоянный контроль более 600 объектов, оснастив их специальными датчиками, пробурив более 400 наблюдательных скважин. В перспективе планируется взять под наблюдение еще около 1500 объектов, что позволит заблаговременно выявлять потенциально опасные отклонения и оперативно принимать меры».

Андрей Грачев также рассказал «Континенту Сибирь» о проекте мерзлотных полигонов, реализуемом в партнерстве с Заполярным госуниверситетом имени Н.М. Федоровского на территории Таймыра. Эти полигоны позволят обеспечить комплексное изучение многолетнемерзлых грунтов, оценить степень влияния на них различных факторов, спрогнозировать скорость изменений. Уже пробурено несколько скважин фонового мониторинга глубиной 200 метров – на всю мощность мерзлых грунтов.

Таяние мерзлоты сказывается и на дорогах, причем, не только на старых, но и на новых, которые, казалось бы, строят с учетом ситуации – насыпается песочная подушка, делается изоляция. Но сами дорожные откосы делают из песка и в условиях сильных ветров, которые дуют в тундре, они с одной стороны развеваются, а с другой (наветренной) скапливается снег и размывает их. «Это в свою очередь усиливает протаивание грунтов на данных участках, твердый слой мерзлоты с высоким содержанием льда становится киселеобразным. Причем, это касается не только дорог, но и промплощадок, которые, в большинстве своем, оборудуются по тому же принципу, с песчаными откосами», - описывает ситуацию Николай Лащинский.

Существуют химические технологии закрепления откосов, когда их покрывают специальными растворами, образующими на поверхности полимерную пленку. Но у этого решения сразу несколько минусов – оно сильно вредит окружающей среде, необходимые реагенты преимущественно импортные, поэтому они и раньше стоили довольно дорого, а с введением санкций многие и вовсе ушли с нашего рынка.

Рейтинг регионов СФО по величине ВРП: куда движется экономика Сибири во время СВО

Некоторое время назад представители компании «Газпромнефть-Заполярье» обратились за решением этой задачи к специалистам Климатического центра НГУ. Ученые предложили использовать опыт более южных регионов, где откосы традиционно укрепляют с помощью зеленых насаждений. «Понятно, что посеять в арктических условиях обычную газонную смесь – просто выкинуть деньги на ветер. Поэтому мы сформировали ее аналог из представителей местных растений. Это важно и для того, чтобы избежать внедрения в арктическую флору чужеродных растений, поскольку такие ситуации в ряде мест на планете приводили к очень плачевным для экосистемы последствиям», - говорит Лащинский.

Он отмечает, что уже на первых этапах исследований стало ясно – такой подход позволит решать еще две задачи. Зеленые насаждения будут фиксировать атмосферный углерод (снижая уровень выбросов парниковых газов) и выступать средством промышленного дизайна. «На фоне общего «лунного» пейзажа тундры, правильно подобранный набор растений способен значительно украсить рабочие площадки и положительное влияние этого на людей отмечали и сами сотрудники компании, которые помогали нам в организации исследовательской работы по этому проекту», - добавил ученый.

В настоящее время первоначальный набор растений сформирован, в этом году будут сделаны первые экспериментальные посадки на объектах в районе Бованенковского месторождения. В случае успешного результата, эту технологию можно будет распространять по всей арктической зоне, естественно, корректируя состав засеваемой смеси с учетом местных особенностей.

Совещание полномочных представителей Президента РФ по сопровождению арктических проектов. Фото Михаила Перикова

Еще одну потенциальную «зеленую технологию» подсказали результаты Большой научной экспедиции, организованной в прошлом году совместно Сибирским отделением РАН и компанией «Норильский никель». Впервые в России десятки специалистов из 14 академических институтов всесторонне изучали последствия техногенных вмешательств в Арктике. В частности, внимание исследователей обратила на себя ольха – оказалось, она очень устойчива к различным атмосферным выбросам, обладает почвоулучшающими свойствами и может выступать средством против процессов линейной эрозии почвы (размывы, овраги), которые также усиливаются вследствие деградации вечной мерзлоты.

Как работают «умные» технологии в сельском хозяйстве и есть ли на них спрос?

У российской науки есть немало и других потенциально интересных разработок, которые вызывают обоснованный интерес у компаний, работающих в Арктике. Сегодня совместные проекты с университетами и научными институтами реализуют многие крупные компании, работающие в арктической зоне - различные «дочки» «Газпрома», «Норильский никель», «Роснефть». Большинство из них имеют и собственные R&D отделы (от англ. Research & Development), занимающиеся, в том числе, решением проблем, возникающих у бизнеса вследствие протаивания северных грунтов. К сожалению, сложно составить рейтинг вовлеченности в подобную работу российских корпораций, поскольку информация о многих проектах, как собственных, так и совместных с академическими структурами, защищена коммерческой тайной. (В частности, нельзя не отметить сложность получения информации у такой крупнейшей компании, как «Роснефть».)

Но мало создать технологии и решения, нужны специалисты, причем, в немалом количестве, которые смогут ими оперировать. И это отдельная задача, решить которую без широкого государственного вмешательства вряд ли получится.

«На территорию нашей страны приходятся самые обширные площади вечной мерзлоты, мы научились строить города в Арктике и добывать огромные объемы полезных ископаемых, по сути, мы первыми разработали сами технологии строительства и эксплуатации промышленных объектов в этих условиях. Но сейчас в стране острая нехватка специалистов в этих областях», - подчеркнула Надежда Молокитина. Старые кадры постепенно уходят, а подготовка новых катастрофически сократилась.

Справедливости ради, некоторые шаги по исправлению ситуации делаются. В сентябре прошлого года Тюменский государственный университет совместно правительством ЯНАО и компанией «Газпром нефть» запустил магистерскую программу «Геотехника в криолитозоне», которая направлена на подготовку специалистов, умеющих строить и эксплуатировать здания и другие объекты в условиях мерзлоты с учетом ее нынешнего, деградирующего состояния.

Студенты, обучающиеся по направлению Геотехника в криолитозоны ПИШ ТюмГУ, на практическом занятии по Геодезии. Фото предоставлено спикером

Многие годы студенты Новосибирского университета, решившие связать свою судьбу с Арктикой, проходили практику на научной станции на острове Самойловский в южной части дельты Лены. Станция находится на балансе ИНГГ СО РАН, а содержать ее удавалось благодаря многолетнему сотрудничеству с учеными из Германии. После выхода немецкой стороны из проекта (в связи с внешнеполитической обстановкой) вопрос финансирования подвис в воздухе. «В силу климатических особенностей, станцию нельзя просто законсервировать до лучших времен, так что есть риск лишиться научной базы в Арктике, аналогов которой у России просто нет», - высказал опасения Николай Лащинский. Чтобы избежать этого риска, необходимо найти новые источники финансирования. В этой роли могли бы выступить представители крупного бизнеса, работающего в арктической зоне. Как показал опыт Большой Норильской и Большой научной экспедиций в 2020-23 г.г. такое сотрудничество может быть очень эффективным и взаимовыгодным. Интерес к базе проявляет и Китай, который пока не имеет собственных научных площадок в Арктике.

Подводя итог, можно выделить основное. Сколько бы ни спорили ученые о причинах и темпах потепления климата, таяние мерзлоты никто не отрицает, как и негативные последствия этого процесса для нашей инфраструктуры в Арктике. Многие компании сегодня обращаются к науке в поиске решений возникающих в связи с этим проблем. У науки есть, что предложить, но не факт, что этого будет достаточно. А главное – существенным препятствием может стать дефицит специалистов в этой области. В повышении темпов разработки технологий и подготовки кадров для них заинтересованы, казалось бы, многие. Но явно нужен и некий координирующий центр для этой работы. На эту роль напрашивается государство, и оно даже делает некие шаги в этой области. Но пока их явно недостаточно, чтобы можно было сказать, что ситуация под контролем.

ПРЯМАЯ РЕЧЬ

Андрей Грачев,
вице-президент по федеральным и региональным программам ПАО «ГМК Норильский никель»:

– «ГМК Норильский никель» в сотрудничестве с СО РАН было организовано несколько экспедиций: Большая норильская в 2020, 2021 и 2022 годах, а также Большая научная экспедиция 2022-2023 годов по изучению биоразнообразия вблизи производственных площадок «Норникеля» в Красноярском крае, Мурманской области и в Забайкалье. Это были первые в постсоветской истории столь масштабные научные исследования в Арктике.

Миссия этих экспедиций гораздо шире круга локальных, прикладных экологических вопросов. Их главная задача – возродить системное изучение Арктической зоны, оценить масштабы антропогенных, техногенных, климатических и природных изменений, произошедших за последние десятилетия.

Результатом экспедиций стал единовременный срез текущего состояния, своеобразная точка отсчета для проведения последующего мониторинга. Наработан огромный массив информации. На основе его детального анализа создается научно обоснованный комплекс рекомендаций по долговременному природосберегающему обращению с ресурсами российской Арктики для промышленных корпораций и компаний, а также федеральных органов государственной власти и регулирования.

Что касается мерзлоты, то результаты объективных исследований говорят о заметном влиянии климатических изменений, которые оказывают воздействие на многолетнемерзлые грунты, меняют их стабильность, что повышает техногенные угрозы воздействия на окружающую среду. Все эти данные могут лечь в основу создания нормативной базы регулирования работ в области контроля состояния инженерных сооружений в криолитозоне, метрологических стандартов.