Состояние и перспективы
– Многолетняя мерзлота, как сложнейшая геокриологическая система, занимает около 30% поверхности суши Земли (с учётом Гренландии) и порядка 65% территории России, – сказал Директор Института мерзлотоведения имени П. И. Мельникова член-корреспондент РАН Михаил Железняк; он выступил с основным докладом «Мониторинг вечной мерзлоты. Состояние и перспективы развития». – Эти цифры отражают масштаб явления, требующего глубокого и всестороннего изучения. Особенность северных территорий заключается в экстремально низких температурах воздуха и повсеместном присутствии многолетнемёрзлых толщ с подземными льдами, которые определяют геодинамическое состояние природной среды и устойчивость территорий в целом. Климат, безусловно, является одним из определяющих факторов формирования природной среды, и его изменения неизбежно приводят к трансформации, в том числе криолитозоны. Однако сведение этой сложной зависимости к прямой и одномерной корреляции было бы неверным. Такая зависимость прослеживается лишь в гольцовой и подгольцовой зонах. Формирование мёрзлых толщ и их реакция на внешние воздействия определяются комплексом факторов. Помимо температуры приземного воздуха, ключевую роль играют условия теплообмена на поверхности: характер растительности, толщина и плотность снежного покрова, а также свойства самих грунтов, которые динамически изменяются в течение года под влиянием сезонного протаивания. Термодинамические процессы, сопряжённые с фазовыми переходами воды, и внутриземной тепловой поток, формирующий нижнюю границу мерзлоты, дополняют эту картину.
Анализ изменения температуры воздуха за последние 50 лет, в том числе на территории Якутии, наглядно демонстрирует динамику этих процессов. Синхронно с температурой изменяются и атмосферные осадки, оказывая серьёзное воздействие на реакцию мёрзлых пород. В криогенных толщах лёд является породообразующим минералом, и своеобразие дисперсных грунтов определяется именно динамическими изменениями их свойств в зависимости от температуры, давления и других факторов. Именно эти свойства обусловливают геодинамическое состояние территории и устойчивость всех инженерных систем. Картографические материалы, представленные для отдельных районов Якутии, демонстрируют зоны распространения особенно льдистых толщ, где содержание льда достигает 40–60% и более. Геологические разрезы протяжённостью до 40 км показывают смену льдистых отложений, залегание мёрзлых суглинков и чистых подземных льдов с льдистостью до 80%.
Криогенные процессы, такие как термокарст и просадки поверхности, развиваются под воздействием изменения геокриологических условий. В Центральной Якутии темпы просадок в термокарстовых котловинах (аласах) варьируются от 8 до 16 см в год – особенно на безлесных участках, лишённых растительности. Для сравнения: на лесных территориях, расположенных в тех же климатических условиях при среднегодовых температурах -7…-8 °C, реакция поверхности принципиально иная.
Под воздействием температуры и давления дисперсные грунты способны изменять свои свойства от состояния, близкого к полускальным породам (которые привычно принимаются за расчётное основание сооружений), до мягкосвязанных грунтов. Эти изменения, вместе с криогенными процессами и трансформацией рельефа, напрямую сказываются на устойчивости инженерных сооружений. Сегодня мы наблюдаем деформации жилых домов, нефтепроводов, заложенных на глубину 2,5 метра и эксплуатировавшихся в течение 40 лет, автомобильных дорог и других линейных объектов.
Реакция температурного режима в слое годовых теплооборотов и глубины сезонного протаивания является одним из ключевых компонентов оценки влияния климата. Эти параметры демонстрируют различную тенденцию в зависимости от ландшафтных условий: от десятичных до шести сотых градуса в год. Сравнение данных Арктической зоны (Тикси) и Центральной Якутии показывает, что тренды глубины сезонного протаивания имеют сильную межгодовую изменчивость. Примечательно, что в некоторых условиях, несмотря на общее потепление, наблюдается снижение глубины протаивания за счёт сукцессионных преобразований растительности и почвенного покрова. Это пример, требующий глубокого понимания.
С 2010 года в Якутии 47% таёжных территорий подверглись лесным пожарам. Установлено, что в первые 8 лет после пожара фиксируется интенсивное повышение температуры грунтов на 1–3 °C, затем наступает стабилизация, а в последующие десятилетия происходит восстановление теплового состояния горных пород. Полный цикл восстановления, в зависимости от типа лесного массива и растительности, занимает от 80 до 120 лет.
Карта мерзлотных ландшафтов на территории размером 30 на 50 км демонстрирует наличие шести типов ландшафтов, реакция которых на изменения климата совершенно различна – от резко положительной до отрицательной, обусловленной сукцессионными преобразованиями. Точечное изучение мерзлоты в одном месте для целого региона невозможно; необходим системный, пространственно дифференцированный подход.
В декабре 2020 года по заказу Министерства по развитию Дальнего Востока и Арктики мерзлотоведами был подготовлен научно-технический отчёт по анализу состояния вечной мерзлоты, тенденций её изменения и социально-экономических последствий. В отчёте изложен прогноз ущерба народному хозяйству в случае непринятия адаптационных мер, а также разработаны методические и методологические подходы к организации контроля состояния и оценки динамики криолитозоны. Несмотря на то что на практике не всегда хватает средств для полной реализации этих подходов, методологическая база отработана специалистами высокой квалификации. Ущерб, рассчитанный по разным сценариям изменения климата, серьёзно влияет на устойчивость жилых домов и инженерных сооружений.
После этого отчёта Президент РФ утвердил перечень поручений по итогам пленарного заседания Восточного экономического форума во Владивостоке, предписав Правительству РФ внести в законодательство изменения, направленные на создание системы государственного мониторинга состояния многолетней мерзлоты. В марте 2025 года на Международном арктическом форуме в Мурманске было предложено создать специальный федеральный научный центр. Система государственного мониторинга вечной мерзлоты представляет собой межведомственную систему долгосрочных наблюдений, сбора, обработки и анализа данных, а также прогноза состояния многолетней мерзлоты в природных (фоновый мониторинг) и нарушенных условиях. Цель создания системы – контроль современного состояния и оценка динамики криолитозоны для обеспечения прогноза. Задача – увидеть, что будет завтра, и на основе этого подобрать проектные решения сегодня. Это возможно только при решении восьми задач, включающих изучение физико-механических свойств грунтов и проведение режимных наблюдений за определёнными параметрами.
Актуальность создания системы мониторинга обусловлена тем, что сегодня изменения теплового состояния вечной мерзлоты не достигли своего максимума. По мнению большинства исследователей, потепление климата продолжится, и реакция криолитозоны будет выражаться в дальнейшей деградации мёрзлых толщ. Неустойчивость теплового состояния криолитозоны в условиях меняющегося климата усугубляется отсутствием проработанной и утверждённой базы данных, хотя нельзя сказать, что её нет вовсе. Существует серьёзная база, особенно у строителей, к которой необходимо вернуться, пересмотрев старые наработки.
Потепление климата превысило допустимые риски, и на этом фоне особенно остро проявляется недостаточная изученность осваиваемых регионов региональными инженерно-геокриологическими условиями. Карта территорий развития многолетнемёрзлых пород, наглядно демонстрирует, насколько велик объём данных, уже полученных в процессе этих работ, и насколько ещё много предстоит изучить.
Становление и развитие системы государственного мониторинга многолетней мерзлоты в России имеет глубокие исторические корни. К концу 1980-х годов были проведены масштабные изыскания. Общее число достаточно крупных объектов режимных наблюдений – площадок, полигонов, стационаров на территории криолитозоны – достигало 110 пунктов. Число разовых, некомплексных наблюдений, которые впоследствии прекращались, превышало 600. В 1990-х годах, в связи с перестройкой и изменением организационных форм хозяйственных отраслей страны, значительная часть информационных объектов лишилась финансирования и была закрыта. Если сегодня посмотреть на Восточную Сибирь, на карте отмечены точки, где ещё сохранилась какая-либо геокриологическая информация, однако мы видим огромные регионы, лишённые данных.
Что происходит с созданием системы мониторинга мерзлоты сегодня? Государственный мониторинг состояния вечной мерзлоты, ныне разрабатываемый Росгидрометом, представляет собой фоновый мониторинг. Он требует методической доработки и расширения комплекса наблюдений на ограниченном количестве участков создаваемой сети. В противном случае завтра-послезавтра, когда возникнет острая потребность, будут вынуждены обратиться к мерзлотоведам с вопросом: «Как это делать?». Однако без фактического материала и системного подхода решить эту задачу будет крайне сложно. Именно поэтому необходимые решения должны быть приняты сейчас. Вопросы, которые необходимо изменить с точки зрения мерзлотоведения, были озвучены, переданы в ААНИИ и представлены в начале разработки проекта. Мониторинг вечной мерзлоты, повторюсь, это система фонового и геотехнического мониторинга. Нельзя рассматривать территорию России отдельно – фоновую и осваиваемую, – поскольку взаимодействие между ними настолько тесное, что зарождение процессов и явлений, изменение тепловых полей неизбежно выходят за любые пределы. Первый шаг – это осознание необходимости и создание Федеральной программы по вечной мерзлоте. Программа должна быть подготовлена специалистами-мерзлотоведами, а вопросы её реализации – это уже иная задача. Примерное содержание программы частично рассмотрено в отчёте, переданном по заказу Министерства по развитию Дальнего Востока, и в монографии «Мониторинг вечной мерзлоты», вышедшей в 2024 году.
Сегодня наблюдается опасное разделение фонового и геотехнического мониторинга, которые должны составлять единую систему. Остановлюсь подробнее на геотехническом мониторинге. Ряд компаний ведут работу по контролю состояния оснований сооружений; ими наработан колоссальный опыт в обеспечении устойчивости различных природно-инженерных объектов. Методические рекомендации по формированию системы информации, передаваемой в единый центр, и единый методический подход должны быть разработаны в ближайшее время. На сегодняшний день у каждого министерства и организации свои подходы, что делает создание единой системы мониторинга невозможным. Какова может быть структура? Первый вариант – вновь образованная структура Минвостокразвития с привлечением специалистов-мерзлотоведов из вузов и отраслевых организаций. Подобная организация, когда возникла проблема изучения мерзлоты, была создана в 1935 году. Второй вариант – Министерство природных ресурсов и экологии. Мерзлота – это криогенный ресурс. Моё мнение: предложить Минприроды возглавить систему, но с одним условием – при научном руководстве РАН; в штате Минприроды только один профессиональный мерзлотовед. Создать систему без профессионалов невозможно. Третий вариант – организация на начальном этапе в Российской академии наук или в Сибирском отделении с последующей передачей в другую структуру. Это не функция Академии наук, я понимаю, но такое предложение имеет право на существование. Четвёртый вариант – база Московского государственного университета.
Все эти центры и федеральный центр должны обязательно существовать вместе с региональными центрами. Такие региональные центры описаны, они имеют задел и возможности. В основе организации должен быть заложен геолого-морфологический и мерзлотно-ландшафтный принцип районирования. На территории съёмочного листа масштаба примерно 1:500 000 необходимо охватить наблюдениями различные типы ландшафта. Приведены параметры, которые необходимо фиксировать для составления карт и прогнозов. Наблюдая только температуру и не понимая физику процесса – что не все грунты замерзают при –1 °C, некоторые замерзают лишь при –3 °C, и не учитывая подземные воды сезонно-талого слоя, – мы никогда не получим адекватный прогноз.
Для серьёзного оснащения системы необходимы наблюдательные участки. Это не означает, что на 10 выделенных ландшафтов должно быть 10 станций; наука шагнула вперёд и знает реакцию тёплых и холодных ландшафтов в разных регионах. Тем не менее точки наблюдения необходимо планировать. На территории существуют линейные сооружения, и для государственной системы чётко задаётся, что и как нужно наблюдать. Министерства часто опасаются излишней нагрузки. Но все, кто работает на объектах, проводят исследования в значительно большем объёме – их нужно лишь систематизировать.
В отношении населённых пунктов это проблема жилищно-коммунального хозяйства. Как организовать государственный мониторинг? В различных ландшафтных условиях достаточно нескольких точек, реакция которых может быть охарактеризована, ведь эта территория влияет и на природную систему. Отдельные инженерные сооружения – это задача муниципалитетов и собственников, а не государственного мониторинга, что отражено в нормативных документах.
Сегодня в мире не существует сформированной системы контроля вечной мерзлоты. Её нужно создавать, начиная с понимания того, что и как делать. Какой подход мы разберём? Если доложить о создании системы наблюдений как о полумере – это одно. Если же результаты системы должны служить освоению территорий и обоснованному геокриологическому прогнозу – это другой подход. Предлагаемые 15 пунктов были рекомендованы только для Арктической зоны. Мерзлотоведы неоднократно обращались в правительство о необходимости адекватного, профессионального, государственного подхода. Первый шаг – разработка концепции и программы специалистами-мерзлотоведами, исследующими мерзлоту. И последнее: для меня, как учёного, создание этой системы – это дорогой и необходимый для науки прибор. Именно поэтому её нужно создавать правильно.
Материальный вопрос
С сообщением «Арктические материалы, технологии, проблемы надёжности и устойчивости технических систем и инфраструктуры» выступил генеральный директор Якутского научного центра СО РАН академик Михаил Лебедев.
– Непрерывный мониторинг состояния вечной мерзлоты и реакции криолитозоны необходим: все климатические процессы, безусловно, проявляются в Арктике. И сегодня Арктика – это не только пространство стратегических ресурсов и транспортных коридоров, но и зона геополитической ответственности России, – отметил Михаил Лебедев. – Это регион, где в концентрированном виде проявляются последствия климатических изменений, и где особенно высока цена любой инженерной, технологической или управленческой ошибки. Именно поэтому вопросы надёжности материалов, устойчивости техники и долговечности инфраструктуры в Арктике выходят далеко за рамки отраслевой повестки и становятся вопросами национального развития и безопасности. Климат – это не отдельный параметр и не внешний фон, а непрерывный результат взаимодействия атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы и всего комплекса физических, химических и геокриологических процессов. Поэтому климатическая повестка в Арктике должна рассматриваться не как совокупность наблюдений, а как система научно обоснованных решений, обеспечивающих безопасные условия жизни, хозяйственной деятельности и технологического развития. Реакция криолитозоны незамедлительно сказывается на технических системах и инфраструктуре. В этих условиях принципиальное значение приобретают температурная устойчивость, долговечность, адаптивность к реальному режиму эксплуатации, использование региональной сырьевой базы, ремонтопригодность и экологическая безопасность.
Воздействие низких температур и криолитозоны затрагивает все элементы инфраструктуры. Вопрос надёжности в Арктике – не частная инженерная проблема, а вопрос технологической устойчивости, экологической защищённости территорий и, в ряде случаев, национальной безопасности. В Якутском научном центре ведутся фундаментальные и прикладные исследования, связанные с применением материалов на основе минерального сырья нашего региона. Они демонстрируют, что научное обоснование полного цикла производства является основой технологий, имеющих особую значимость для Арктики. В 2012 году, когда академик Евгений Каблов возглавлял ВИАМ, мы подготовили достоверную и убедительную программу – структуру Национальной сети испытаний в климатических условиях. Однако обстоятельства пока не позволили реализовать эту программу в полном объёме. Сегодня мы должны вернуться к данной программе. Консорциум, представленный федеральными исследовательскими центрами, расположенными в Арктической зоне – от Архангельска, Коми, Апатитов, Тюмени, Красноярска, безусловно, Якутии и Хабаровского федерального исследовательского центра, – способен обеспечить её выполнение.
Хабаровский научный центр также вовлечён в эту структуру. Основные направления работы составляют обоснованную научную программу. Ключевые условия для её реализации уже имеются: директивные документы Правительства, указы Президента. Стратегия формируется, проект программы объединяет фундаментальные и прикладные исследования. Убеждён, что поддержка этой программы позволит вывести арктические исследования на новый уровень и создать прочную основу для надёжного, устойчивого и безопасного развития Арктики.
Замерзающие сокровища
Академик Николай Похиленко рассказал об особенностях развития и освоения сырьевой базы твёрдых полезных ископаемых в зоне вечной мерзлоты.
– Современное состояние изученности вечной мерзлоты арктических районов Сибири требует самого пристального и безотлагательного внимания, – отметил Николай Похиленко. – Ключевые проблемы, обосновывающие необходимость непрерывного мониторинга и оценки состояния этих пород, обусловлены тем, что за последние 30 лет объём геолого-разведочных работ прогнозно-поискового, регионального и прогнозно-оценочного характера сократился катастрофически – на порядок. В советский период в системе геологии на территории России трудилось около 620 тысяч специалистов. Сегодня их численность едва превышает 45 тысяч, меньше в пятнадцать раз. Даже в те годы, когда я работал в Якутии до 1990 года – имея за плечами 28 полевых сезонов в арктических районах Якутии и 13 сезонов в арктических районах Канады, – я понимаю, насколько серьёзна сложившаяся ситуация. Вследствие резкого сокращения полевых работ уменьшилось количество перспективных участков, предлагаемых для недропользования. Наиболее качественные и богатые месторождения были разобраны преимущественно в период, когда лицензии выдавались по заявочному принципу. Остро стоит кадровая проблема: специалистов, способных грамотно организовать работу и интерпретировать её результаты, мало, а качество данных оставляет желать лучшего. Отсутствуют адекватные координационно-финансовые механизмы и предварительные подготовительные работы по оценке мерзлотной обстановки на конкретных территориях. Усугубляют ситуацию инфраструктурные ограничения, характерные для этих широт.
Около 80 процентов территории Сибири и Зауралья находится в зоне вечной мерзлоты – преимущественно непрерывной. Это районы, где необходимо проведение региональных прогнозно-оценочных работ по различным видам полезных ископаемых. Территория огромна. В зону вечной мерзлоты не попадает лишь небольшой участок на юго-востоке Дальневосточного округа и часть юга и юго-запада Сибири. Всё остальное – вечная мерзлота. И все работы придётся вести в условиях, когда рудные тела или пласты залегают целиком или частично в её толще. Примером сложностей служат межпластовые воды. Состав вод, поступающих в карьер трубки «Удачная», где сейчас ведётся добыча шахтным способом, демонстрирует концентрацию солей до четырёхсот граммов на литр. Такие рассолы замерзают с огромным трудом. Катастрофа на трубке «Мир» произошла именно из-за недоучёта этих факторов: рассолы разъедают лёд, причём промерзают при температурах около минус 18–20 градусов Цельсия, разрушая ледяные пробки. В результате пробка, удерживавшая свод шахты, обрушилась. Погибли люди. Под землёй осталось алмазов примерно на четырнадцать миллиардов долларов, сама шахта, стоимостью порядка 90 млрд руб., теперь подлежит восстановлению.
На схеме перспективных территорий Лено-Хатангского междуречья, включённых в стратегию развития и обеспечения национальной безопасности в арктической зоне, отмечены Попигайское месторождение – источник высококачественных алмазов, и Томторское месторождение. На последнем стоит остановиться подробнее. Площадь месторождения составляет примерно сорок квадратных километров. Вскрытие таких руд карьерами невозможно. Необходима подземная отработка, а для этого требуется точное знание поведения многолетнемёрзлых пород. Содержания полезных компонентов здесь экстремально высоки. Например, некоторых оксидов – 67 кг на тонну. Существуют хорошие перспективы выявления новых алмазных месторождений.
Оптимальным решением накопившихся проблем является создание межведомственной научно-технологической программы. В неё должны войти все профильные министерства – Минприроды, Миндальвосток. К участию необходимо привлечь специалистов – геологов, горняков, мерзлотоведов, экономистов – для комплексной оценки состояния этих территорий. Задачи, которые требуют участия профильных академических институтов, включают: выбор и ранжирование территорий, научно-экспертное сопровождение прогнозно-оценочных работ, а также разработку эффективных и безопасных технологий добычи и переработки стратегических видов сырья в конкретных условиях зоны вечной мерзлоты.
В общероссийском масштабе
– Общим местом стало утверждение, что в арктических зонах происходят различного рода неблагоприятные явления, напрямую связанные с состоянием вечной мерзлоты, – соглашается главный научный сотрудник Института криосферы Земли Дмитрий Дроздов. – И это происходит несмотря на то, что разработаны прецизионные методы расчётов, призванные гарантировать надёжность и прочность всех сооружений. Тем не менее то тут, то там возникают непредвиденные осложнения. Причина кроется в высокой локальной изменчивости геологических и мерзлотных условий, которые мы наблюдаем в зоне вечной мерзлоты. Как уловить эту изменчивость? Как интегрировать её в проектные решения, которые создаются? Это задача комплексная: с одной стороны, организационная, с другой – объективная, поскольку невозможно физически охватить каждую точку местности. Ответом на вопрос о том, где и что можно встретить, служат в первую очередь карты – от самых мелких масштабов, когда весь континент умещается на одном листе, до самых крупных, к которым приходят геолог и строитель, начиная работу. С первыми двумя масштабами у нас всё обстоит более или менее приемлемо, со средними – сложнее, а с самыми крупными – весьма плохо.
Наиболее востребованный масштаб? От 1:200 000 до 1:25 000. На территории страны, особенно в зоне вечной мерзлоты, полноценные съёмки такого масштаба практически отсутствуют, государство лишь недавно осознало необходимость восполнить этот пробел. В настоящее время реализуется программа миллионного картирования – гидрогеологического, инженерно-геологического, с мерзлотным листом. Западная Сибирь уже практически завершена. Если существует надёжная база предшествующих работ, выполненных преимущественно в советское время при освоении нефтегазовых месторождений, то миллионные карты получаются вполне качественными. Например, на основе таких карт можно оценить несущую способность грунтов на текущий момент и на перспективу до 2050 года. Соответственно, создаётся геокриологическая карта на всю территорию с современными мерзлотными листами и прогнозами на тот же период. Но это возможно только при наличии добротных предшествующих материалов. Если их нет, ситуация значительно сложнее.
Рассмотрим хорошо изученную территорию. Здесь доступен весь набор инженерно-геологических и ландшафтных карт с оценочными листами, с выделением особо опасных процессов. Однако хотя на карте отмечены опасные зоны, когда произойдёт событие – одному Богу известно. Уже ли оно случилось, произойдёт завтра или в будущем? Как действовать в этой ситуации? Для решения проблемы существуют метеорологические данные, показывающие динамику погоды, сведения о сокращении летнего периода, которые вносят вклад в метеорологию. Также имеются режимные наблюдения, ведущиеся на реликтах советской наблюдательной сети, от которой осталось крайне мало. Достоинство этой сети заключается в том, что она охватывает все природные условия: мозаичную, пёструю ландшафтную структуру, что характеризуется графиками температур, опускания кровли мерзлоты и изменения ландшафта. Иными словами, можно охарактеризовать любую площадь при наличии соответствующих данных.
Существует новая система геокриологического мониторинга, которую ведёт Росгидромет. В ней уже задействовано множество скважин, и в перспективе их число достигнет ста сорока. Достоинство этой системы в том, что она равномерно распределена по местности. Однако она не охватывает мозаичную структуру, то есть даёт лишь мелкомасштабное разрешение для прогнозных характеристик. Из этого вытекают следующие задачи: регулярное наблюдение за мерзлотой, картирование, которое должно охарактеризовать эту мелкоячеистую мозаичную структуру, а также мониторинг фоновый и технологический. Конечная цель – выход на прогнозирование на базе ландшафтного или геосистемного подхода. Именно этот подход описывает мозаичную структуру и позволяет избежать ошибок, от которых, к сожалению, не могут избавиться строители и проектировщики.
Половину сделали, продолжение следует
– Ещё в 2021 году на ВЭФ упоминалось, а затем были даны поручения Президента о создании системы фонового мониторинга на базе государственной наблюдательной сети Росгидромета, – рассказал профессор РАН, доктор географических наук, директор ААНИИ Александр Макаров. – В рамках важнейших инновационных проектов государственного назначения, направленных на создание единой национальной системы мониторинга климатически активных веществ, система была создана. На базе наблюдательной сети Росгидромета организовано 78 пунктов наблюдения за многолетними мёрзлыми породами в целях фонового мониторинга. Они охватывают 12 субъектов Российской Федерации. В Республике Саха (Якутия) развёрнуто 32 точки; также пункты работают на Ямале, в Красноярском крае, Магаданской области и других регионах. Примечательно, что эти пункты открываются не только в Арктической зоне, но и по всей зоне распространения многолетней мерзлоты. Мы, в целом, продвигаемся уверенно.
На этот год запланировано масштабное продолжение развития системы фонового мониторинга на базе станций Росгидромета. Сейчас необходимо запускать второй этап, и соответствующая работа уже ведётся. Из запланированных 140 пунктов наблюдения создано 78; 62 ещё предстоит организовать. Отдельно хотелось бы обратить внимание на методический подход, который мы применяем при организации этих наблюдений. Гидрометеослужба, являясь многолетним соучредителем и соорганизатором Всемирной метеорологической организации, занимается созданием и развитием системы наблюдения за более чем тридцатью параметрами окружающей среды. Логичным решением стало развитие системы фонового мониторинга многолетнемёрзлых пород именно на базе сети Росгидромета.
Это позволило значительно оптимизировать затраты на создание сети. В 2023 году был утверждён и введён в действие руководящий документ Росгидромета по фоновому мониторингу многолетнемёрзлых пород на базе наблюдательной сети. Мы представили его в отчётах наших научно-исследовательских работ; также получено положительное заключение Российской академии наук. В настоящее время ведётся серьёзная дискуссия о различиях между фоновым и геотехническим мониторингом. На наш взгляд, то внимание, которое государство активно уделяет криолитозоне, является крайне важным и своевременным. Заложена хорошая основа: данные уже создаются и функционируют в открытом доступе. На базе ААНИИ создан Центр изучения многолетнемёрзлых пород. Именно система фонового мониторинга, а также нехватка обзорных карт, – эти задачи, я уверен, будут решаться. Как учёный, отработавший 15 сезонов в регионе моря Лаптевых, в районе острова Самойловский, хотел бы, чтобы пунктов наблюдения было больше, а данные – точнее. Но понимаю всю сложность их организации: к этому делу необходимо подходить тонко и деликатно. Уверен, что совместными усилиями с коллегами из Академии наук мы сможем определить пути дальнейшего развития системы.
Поставьте планете градусник
– Данные, которыми мы располагаем, на сегодняшний день далеко не достаточны. Температуры повышаются особенно интенсивно именно в тех районах, где они и без того высоки, и эти же районы одновременно относятся к зонам интенсивного освоения, – сказал заведующий кафедрой геокриологии МГУ, доктор геологических наук Анатолий Брушков. – Некоторые цифры, хотя и далеко не полные, свидетельствуют о том, что значительное количество зданий и инженерных сооружений в Арктике уже сегодня деформировано. С изменением состояния мерзлоты связан целый ряд серьёзных научных проблем: от состояния горных пород и изменения ландшафтов до биологических, медико-биологических и социальных аспектов.
На наш взгляд, система мониторинга состояния вечной мерзлоты является средством, способным обеспечить адаптацию природных и технических систем к изменению климата. Актуальность данной системы очевидна и обусловлена изменениями температуры, состояния мерзлоты и возрастанием техногенных нагрузок. Сегодня, благодаря пониманию этого как владельцами предприятий, так и муниципалитетами, в стране уже насчитывается более десяти тысяч наблюдательных скважин. В основном они расположены на территории застройки и служат для наблюдения за конкретными зданиями и сооружениями. Менее ста скважин оборудованы Гидрометом, и примерно столько же – научными учреждениями. Эффективность работ пока невысока. Это связано прежде всего с отсутствием единой технической политики, координации между ведомствами, обмена данными и их сопоставления. Сами методики требуют сегодня научного обоснования и совершенствования.
Особенно важен вопрос прогнозов. Очевидно, что без прогнозов такая система мониторинга малоэффективна, если не сказать бесполезна. Однако сегодня параметры, наблюдаемые в этих системах, как правило, не обеспечивают возможности разработки таких прогнозов. Более того, в большинстве организаций и предприятий, где проводится мониторинг, прогнозирование не осуществляется. При этом в нашей стране уже существует общепризнанная мировая методика в этой области.
В заключение – о состоянии геокриологического образования. У нас есть три учебных центра, однако существуют проблемы с нехваткой преподавателей. В последнее время были закрыты две кафедры. Соотношение выпускников – около 30–50 человек по всей стране в год – с потребностью, которая, по нашей оценке, как минимум на порядок выше, свидетельствует о необходимости развития этого направления. И несмотря на субсидии для выпускников школ Сибири и Дальнего Востока, уровень их подготовки недостаточен для поступления в ведущие вузы и получения соответствующего образования. Необходима государственная поддержка для обучения этим профессиям и, безусловно, естественно-научным специальностям в целом. Следует также расширять подготовку в рамках послевузовского образования.
Всё течёт, всё меняется
– На Европейском Северо-Востоке России изучение температурного режима и глубины сезонного протаивания почв специалистами нашего института проводится в ландшафтах различных геокриологических и биоклиматических зон и подзон, – отмечает Дмитрий Каверин, доктор географических наук, старший научный сотрудник Института биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук. – В последние десятилетия в регионе наблюдается выраженное изменение климата. При сопоставлении второй половины XX века и первых десятилетий XXI века фиксируется в среднем повышение температуры воздуха на 1,5 градуса. Изменилось и количество атмосферных осадков, причём эти трансформации охватили как зимний, так и летний периоды. Смещение климатических границ к северу сформировало новые условия для существования высокотемпературной криолитозоны региона. Немерзлотные почвы болотных ландшафтов в настоящее время остаются относительно холодными по своему температурному режиму. В сезонно-промерзающих или немерзлотных почвах тундры современные температурные условия становятся близкими к тем, которые наблюдались в конце XX века в почвах более южных таёжных зон региона. В регионе прослеживаются выраженные тренды увеличения глубины сезонного протаивания почв в различных ландшафтах. Данные тренды зафиксированы как на торфяных, так и, в особенности, на минеральных почвогрунтах с различной глубиной залегания кровли многолетней мерзлоты.
Ландшафтные факторы в целом объясняют около 50% пространственно-временной дифференциации глубины протаивания почв. Увеличению глубины протаивания способствуют повышение высоты растительности, увеличение высоты снежного покрова и рост влажности почв. Напротив, возрастание заторфованности замедляет темпы протаивания. Мониторинговые исследования динамики глубины протаивания почв показали, что при многолетнем повышении температуры почв уже на уровне отдельных ландшафтов можно фиксировать формирование среди мерзлотных так называемых немерзлотных или сезонно-промерзающих почв. При этом в контурах болотных ландшафтов подобные изменения пока не наблюдаются. В ландшафтах северной криолитозоны региона мерзлотные почвы остаются доминирующими при условии достаточно суровых климатических условий. Южнее, в пределах зоны несплошной криолитозоны, в границах тундрово-таёжного экотона, мерзлотные почвы всё более тяготеют к болотным ландшафтам. Вдоль южной границы криолитозоны они приурочены исключительно к контурам бугристых болот, и их доля здесь достаточно низка. Региональный тундрово-таёжный экотон характеризуется широким распространением болотных ландшафтов, мощные торфяные залежи которых защищают мерзлоту от протаивания. В климатический оптимум голоцена именно здесь, на пологих водно-озёрно-ледниковых равнинах, происходило интенсивное торфонакопление, которое в современный период служит своеобразным защитным барьером для обширных болотных массивов. В криолитозоне Европейского Северо-Востока России к югу постепенно снижается доля мерзлотных почв, особенно тех, чьё существование обусловлено исключительно климатическими причинами. При этом доля экосистемно защищённых почв постепенно возрастает и достигает максимума именно в центре тундрово-таёжного экотона. Климатическое потепление в регионе приведёт к дифференцированному протаиванию мерзлотных почв, чьё существование зависит главным образом от климата.
Сложность и уникальность ландшафтной и геокриологической обстановки на Европейском Севере актуализируют значимость современных исследований температурного состояния многолетней мерзлоты и мерзлотных почв. Эффективность исследований может быть обеспечена при создании единой системы мониторинга вечной мерзлоты. Одним из региональных центров таких исследований мог бы стать Коми научный центр Уральского отделения РАН в Сыктывкаре.
Оттаявший радон меняет природный фон
Сообщение о влиянии деградации мерзлоты на трансформацию естественного радиационного фона в Арктике сделал Евгений Яковлев, кандидат минерологических наук, ведущий научный сотрудник Центра комплексного изучения Арктики им. академика Лаверова Уральского отделения РАН.
– Деградация многолетнемёрзлых пород является одним из ключевых факторов трансформации естественного радиационного фона в арктических регионах, – сказал Евгений Яковлев. – Предполагается, что основное воздействие связано с эмиссией радиоактивного газа радона – основного дозообразующего радионуклида естественного происхождения, на долю которого приходится около 50% дозы облучения населения России. Ключевой механизм эмиссии радона заключается в увеличении мощности сезонно-талого слоя: углубление протаивания пород ведёт к раскрытию пор и трещин, прежде заполненных льдом, что ранее существенно ограничивало миграцию радона. Соответственно, увеличение сезонно-талого слоя повышает эманирующую способность пород.
Подтверждением этого механизма служат данные многолетнего мониторинга в Арктической Канаде, демонстрирующие ежегодный рост концентрации продуктов распада радона в приземном слое воздуха. Для Российской Арктики подобные данные отсутствуют, однако территории, на которых проводит исследования наш центр – западная часть Российской Арктики, – содержат значительные площади с потенциальной радоновой опасностью. Согласно различным прогнозам, в ближайшие десятилетия эти территории могут полностью освободиться от мерзлоты, учитывая устойчивые тренды увеличения мощности сезонно-талого слоя. Наши полевые работы, выполненные в зоне распространения мерзлоты Печорского бассейна, подтверждают зависимость плотности потока радона от увеличения мощности сезонно-талого слоя.
Так, на участках, где верхние части разреза лишены слитной мерзлоты, мощность сезонно-талого слоя достигает четырёх-пяти метров, и плотность потока радона отмечается максимальными значениями – до 85 мБк/(м²·с). И напротив, на участках со слитной мерзлотой, где мощность сезонно-талого слоя составляет лишь 20–40 см, плотность потока радона характеризуется минимальными значениями. Это свидетельствует о том, что практически весь радон, наблюдаемый на поверхности, формируется исключительно в верхней тонкой торфяной подушке с крайне низким содержанием материнского по отношению к радону радионуклида – радия-226. Кроме того, обнаружена связь между плотностью потока радона и активностью дочерних продуктов его распада в мохово-лишайниковом покрове, что указывает на значимость классической пищевой цепи, характерной для Арктики: лишайник – северный олень – человек, в накоплении долгоживущих продуктов распада радона. Данный факт требует соответствующих оценок.
Для подтверждения роли сезонно-талого слоя в увеличении плотности потока радона были проведены экспериментальные работы на площадке, имитирующей строение верхней части криолитозоны. На глубину полтора метра помещена радийсодержащая глина как источник радона. Мониторинг плотности потока радона показал, что после перехода температуры внутри источника через ноль градусов Цельсия, то есть после его оттаивания, плотность потока радона возросла более чем в четыре раза и стабилизировалась на этом уровне относительно контрольной точки. Это подтверждает определяющую роль увеличения мощности сезонно-талого слоя в эманировании радона.
Увеличение потока радона не приведёт к катастрофическим последствиям. Территории приближаются к радиогеохимическому режиму, характерному для немерзлотных областей. Плотности потока радона здесь сопоставимы, например, с показателями Московской области. В принципе, ничего экстраординарного не происходит. Однако основная угроза кроется в сфере традиционного арктического природопользования. Накопление дочерних продуктов распада радона в мохово-лишайниковой растительности повышает в долгосрочной перспективе радиологические риски для коренного населения, что требует проведения соответствующих оценок. Таким образом, мониторинг радона необходимо рассматривать, во-первых, как геохимический индикатор состояния криолитозоны, а во-вторых, как инструмент оценки дозовых нагрузок, которые неизбежно будут возрастать. Возможна корректировка маршрутов выпаса оленей на основе системного мониторинга, направленного на снижение воздействия на человека.
Практическое значение
– Прозвучавшие содержательные доклады представляют для нас исключительную ценность», – подвёл итог Министр по развитию Дальнего Востока и Арктики Алексей Чекунков. – Масштаб проблемы напрямую определяет подход к её решению. Когда мы впервые столкнулись с этим вызовом – а я хорошо помню, это было одно из первых научных мероприятий более пяти лет назад, – учёные обозначили, что к 2050 году до половины несущей способности грунтов может быть утрачена вследствие деградации многолетней мерзлоты. Тогда же был предложен метод примораживания грунтов, о котором сегодня также упоминалось. В частности, Норильск весьма успешно применяет эти технологии, как и другие, более обеспеченные населённые пункты. Наши недропользователи стабилизируют грунты при помощи трубопроводов. Была названа цифра – 7 миллионов рублей на одно здание. Возьмём простой калькулятор: перемножим 65 процентов территории страны на 7 миллионов рублей на одно строение. Полученный результат меняет наше отношение к проблеме. Поэтому первым шагом мы инициировали решение о создании системы фонового мониторинга. Разумеется, мы понимаем, что это лишь первый, далеко не достаточный шаг. Сегодня в ходе дискуссии прозвучало, что необходимо переходить к геотехническому мониторингу. У меня сложилось чёткое ощущение: в научной среде существует ясное понимание того, что делать.
Наша задача как органов исполнительной власти – выработать решение: кто именно должен этим заниматься и, собственно, с какими ресурсами. Считаю крайне важным создать реестр технологий – причём глобальных, уже применяемых для реагирования на изменения. Уверен, что существуют не только столь дорогостоящие способы, как упомянутые 7 миллионов рублей на здание или дополнительные свайные поля. Свайные поля, которые я собственными глазами видел в Норильске, порой стоят дороже, чем само здание, возводимое на них. Ведение хозяйства в Арктике столь экстенсивными методами невозможно; мы не сможем сохранить то количество людей, которые живут в Арктике, если будем продолжать так действовать. Поэтому моё пожелание к уважаемой Академии наук, к собранию участников и экспертов – расширить область анализа: от мониторинга и прогноза перейти к реестру применяемых в мире технологий, не только в России, но и во всём мире. Ранжировать их по стоимости. И далее мы, на уровне исполнительной власти, готовы как в качестве рекомендации, так и в законодательном порядке обязать хозяйствующих субъектов, органы государственной власти и муниципалитеты применять те или иные технологии. Сегодня были представлены четыре варианта создания единого центра консолидации этой работы. Можно рассмотреть и пятый вариант: усилить какой-либо существующий институт или организацию, возложив на него координирующую роль. И, безусловно, мы открыты к любым предложениям с конкретными расчётами, как эту работу можно организовать финансово, организационно и методологически. Со многими из вас активно сотрудничает наш Восточный центр государственного планирования. В этом году по поручению Президента мы вносим проект обновлённой Стратегии развития Дальневосточного федерального округа; она в значительной мере охватывает то, о чём сегодня говорилось. В этой стратегии отдельным разделом предусмотрены мероприятия по реагированию на изменение климата, а также по мониторингу и реагированию на изменения многолетней мерзлоты. Ещё раз благодарю всех за взаимодействие. Наше Министерство всегда открыто к работе по поиску и внедрению практических решений для реагирования на эти процессы.
Не смотреть, а контролировать
– Хочу поддержать высказанное Алексеем Чекунковым и развить эту мысль. Безусловно, без науки, без научных исследований и без изучения новых или существующих мировых технологий нам не обойтись, – отметил руководитель Росгидромета Игорь Шумаков. – Фоновый мониторинг, осуществляемый Росгидрометом, представляет собой лишь одну из составляющих. Это, по существу, некий банк оперативных данных, которые будут передаваться в общую систему мониторинга, о чём сегодня также справедливо говорилось. Я попробую развить тему Центра научных исследований, который предлагается здесь создать. Безусловно, такой центр необходим, однако я полагаю, его функционал следует расширить. Речь идёт не просто о центре научных исследований, а, скорее, о центре контроля многолетней мерзлоты, как это предусмотрено одним из пунктов проекта постановления. Почему именно контроля? Потому что, помимо исследования всех вопросов, а также технологий и способов прогнозирования, – а прогнозирование, очевидно, станет основной задачей этого научного центра, – такой центр должен, на мой взгляд, выдавать ещё и рекомендации, а также пути их реализации. То есть определять, как действовать тем или иным отраслям экономики: что делать строительству, что делать транспортникам, что делать энергетикам, что делать жилищно-коммунальному хозяйству. Если бы мы смогли создать такой центр контроля, который в оперативном режиме принимал бы соответствующие рекомендации и предлагал пути их решения, – а это, на мой взгляд, исключительно научная работа, – тогда данная система была бы, вероятно, завершена. В этот центр как составные части входили бы: фоновый мониторинг, система прогнозирования, система геотехнического мониторинга и иные виды мониторинга. И, разумеется, научная составляющая стала бы венцом всей этой структуры. Если вы примете такое решение, это, на мой взгляд, будет весьма продуктивно.
– Мы с коллегами неоднократно обсуждали, что делать с существующими зданиями, – добавляет заместитель министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства Сергей Музыченко. – И самое главное – что делать с прогнозом? Потому что строители, как и многие другие отрасли, являются потребителями этой информации. В настоящее время мы возводим объекты сроком службы минимум на пятьдесят лет: капитальные строения рассчитаны на 50, 75, а иногда и 100 лет. Ориентируясь на те данные, которые доступны сегодня, и понимая, к чему это приводит, – безусловно, все видели последствия, связанные с объектами инженерной инфраструктуры, зданиями, жильём и социальной инфраструктурой, – мы крайне заинтересованы в создании единого центра, который, в том числе для нас, формировал бы этот прогноз.
Как поставщики данных по геотехническому мониторингу новых объектов, если такое решение будет принято, готовы включить соответствующие положения в свои нормативные документы и своды правил. Более того, во многие наши строительные нормативно-технические документы уже внесены требования о проведении мониторинга, однако отсутствует единый центр, куда эти данные должны поступать. Этот единый центр должен принимать и обрабатывать данные, а на их основе строить прогнозы. Сегодня каждый осуществляет мониторинг локально: данные разрознены, общей картины мы не видим. Первоочередная задача – создать единый центр, в который вся информация будет поступать в единых форматах и с едиными подходами. Как использовать эти данные в дальнейшем – мы уже подробно обсудили.
При новом строительстве мы современными инженерными методами обеспечиваем надёжность и безопасность объектов. Но что делать со старыми? Со старыми объектами – огромная проблема. Здесь вопрос не только технический, но и экономический. У нас есть методы защиты этих объектов. Однако прогноза нет. Даже если прогноз возникнет, мы понимаем, что методы защиты зачастую настолько дороги, что такие здания легче снести и построить новые. Это колоссальные затраты для бюджета. Поэтому мы всячески поддерживаем создание единого центра и готовы участвовать в этой работе. Более того, мы уже участвуем: с привлечением специалистов РАН создана рабочая группа по вечной мерзлоте, направленная на разработку нормативно-технических документов в строительстве. Мы готовы продолжать работу в своей части и оказывать любую поддержку, в том числе в части издания положений нормативно-технических документов и нормативно-правовых актов в этой области.
