МОСКВА, 5 мар —, Владислав Стрекопытов. Мерзлота, которую раньше называли вечной, в последние десятилетия тает ускоренными темпами. Чтобы понять, как это связано с изменением климата и какие возможны последствия, в России создают государственную систему мониторинга. Об этом проекте — в материале.
Содержание
Мерзлота — дело серьезное
Более 60 процентов России — это зона вечной мерзлоты. Там живут свыше 15 миллионов человек, построены предприятия, города, дороги, трубопроводы. Такой инфраструктуры на многолетнемерзлых грунтах нет нигде в мире. Поэтому их изучению у нас традиционно уделяли большое внимание.В 1920-х на стыке геологических, географических, геофизических и инженерно-технических дисциплин возникла самостоятельная отрасль знаний о мерзлых горных породах — геокриология. В 1929-м в Академии наук СССР создали Комиссию по изучению вечной мерзлоты. В 1939-м ее преобразовали в Институт мерзлотоведения. В 1953-м в МГУ открыли первую в мире кафедру геокриологии.Сейчас вечной мерзлотой занимаются два института РАН — в Якутске и Тюмени. Они исследуют эволюцию криолитозоны под влиянием природных и антропогенных факторов. И здесь у России самый большой опыт в мире.© Кафедра геокриологии МГУ им. М.В. ЛомоносоваКарта среднегодовых температур горных пород России и сопредельных государств. Зоны вечной мерзлоты, где эти температуры ниже нуля градусов Цельсия, обозначены зеленым и синим цветами© Кафедра геокриологии МГУ им. М.В. ЛомоносоваКарта среднегодовых температур горных пород России и сопредельных государств. Зоны вечной мерзлоты, где эти температуры ниже нуля градусов Цельсия, обозначены зеленым и синим цветамиСобственные инженерно-геологические подразделения есть в муниципальных службах северных городов и у крупных добывающих компаний, работающих в Арктике. Специалисты оценивают угрозы нарушения целостности мерзлых пород для зданий и сооружений, риски высвобождения опасных патогенов при вскрытии могильников животных. Опасность представляют также выбросы метана при таянии газовых гидратов, находящихся под вечной мерзлотой. Они сопровождаются взрывами и образованием глубоких кратеров. Данный комплекс научных исследований и инженерных изысканий называют геотехническим мониторингом.Есть еще фоновый мониторинг, задача которого — регулярные наблюдения за общим состоянием мерзлотного слоя, измерение температуры, глубины сезонного и общего протаивания.Это направление разрабатывает Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), располагающая сетью метеостанций по всей стране. В 146 из них, в зоне вечной мерзлоты пробурили скважины и на глубине 3,2 метра разместили датчики. В архивах хранятся данные более чем за сто лет.
Глобальные наблюдения за вечной мерзлотой
Ученые отмечают, что Арктика теплеет быстрее, чем любой другой регион планеты. За 40 лет среднегодовая температура воздуха здесь повысилась на 0,5-0,9 градуса Цельсия, что в три-четыре раза больше общемирового показателя. Мерзлота в среднем потеплела на 0,39 градуса, в отдельных местах температура растет со скорость 0,1 градуса в год.© Малкова, Павлов, 2012Ежегодные изменения среднегодовой температуры воздуха и мерзлых толщ на территории России в период с 1975 по 2010 год© Малкова, Павлов, 2012Ежегодные изменения среднегодовой температуры воздуха и мерзлых толщ на территории России в период с 1975 по 2010 годСистемы геокриологического мониторинга есть во многих странах. В США и Канаде эту функцию выполняют национальные геологические службы, в Швейцарии и Норвегии — университеты в рамках государственных программам, в КНР — Академия наук совместно с производственными предприятиями. Методики немного отличаются, но в целом принцип общий: в скважинах меряют температуру, а на специальных площадках собирают комплексные геотермические, климатические, геофизические и биологические данные.С 1990-х под эгидой Всемирной метеорологической организации и Международной ассоциации мерзлотоведения (IPA) создается Сеть глобального мониторинга криолитозоны (GTN-P — Global terrestrial Network on Permafrost). Реакцию вечной мерзлоты на изменение климата оценивают по двум параметрам: термическое состояние многолетнемерзлых грунтов (программа TSP — Thermal State of Permafrost) и толщина сезонно-талого слоя (программа CALM — Circumpolar Active Layer Monitoring). В сеть TSP входит около 1650 скважин различной глубины, из которых 384 — в России. Также у нас в стране 68 площадок CALM.© Иллюстрация . Anisimov, O., Zimov, S. Royal Swedish Academy of Sciences 2020Точки наблюдения за состоянием вечной мерзлоты на территории России: 1 — 384 скважины программы TSP с датчиками температуры на разных глубинах; 2 — 68 площадок наблюдения за толщиной сезонно-талого слоя (программа CALM); 3 — 146 метеостанций Росгидромета, на которых осуществляют мониторинг температур грунта на глубине 3,2 метра; 4 — 35 площадок мониторинга состояния вечной мерзлоты. Геокриологические зоны: а — сплошная мерзлота; б — прерывистая; в — спорадическая; г — островная© Иллюстрация . Anisimov, O., Zimov, S. Royal Swedish Academy of Sciences 2020Точки наблюдения за состоянием вечной мерзлоты на территории России: 1 — 384 скважины программы TSP с датчиками температуры на разных глубинах; 2 — 68 площадок наблюдения за толщиной сезонно-талого слоя (программа CALM); 3 — 146 метеостанций Росгидромета, на которых осуществляют мониторинг температур грунта на глубине 3,2 метра; 4 — 35 площадок мониторинга состояния вечной мерзлоты. Геокриологические зоны: а — сплошная мерзлота; б — прерывистая; в — спорадическая; г — островная
Нужна своя система наблюдений
Хотя международные программы применяют стандартизированные схемы и протоколы измерений, их нельзя рассматривать как регулярный источник надежных данных о вечной мерзлоте, поскольку они преследуют чисто научные цели. Скважины и площадки распределены неравномерно, по крайней мере в России. Частично проекты финансирует Национальный научный фонд США, а многие вообще работают на добровольных началах.Регулярные же наблюдения за мерзлотой Росгидромета уже не соответствуют современным требованиям. Поэтому в России на государственном уровне приняли решение создать национальную систему мониторинга многолетней мерзлоты. Об этом говорится в поручении президента Пр-1971 от 16 октября 2021-го. Из федерального бюджета на проект выделят 1,7 миллиарда рублей. Концепцию разработали в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте (ААНИИ).Согласно документу, в 2023-2025-м на 140 действующих станциях сети Росгидромета пробурят 25-метровые скважины, установят датчики. Это будут пункты фонового мониторинга. Свойства мерзлых пород изучат по извлеченным из скважин кернам. Кроме того, на 20 метеостанциях организуют площадки наблюдений за динамикой сезонно-талого слоя — протаивающего в теплый период года. В зависимости от географической широты его глубина может быть от десятков сантиметров до двух-трех метров.© ИллюстрацияУвеличение глубины сезонно-талого слоя за период 1990-2018 годов в сантиметрах© ИллюстрацияУвеличение глубины сезонно-талого слоя за период 1990-2018 годов в сантиметрахПримерно так же — скважины плюс площадки — формируется международная сеть мониторинга криолитозоны GTN-P, в создании которой участвуют и ученые из Российской академии наук. Общая база данных позволяет строить прогнозы состояния вечной мерзлоты любого масштаба, а также интегрировать результаты в глобальные климатические модели.Отечественную систему мониторинга организуют в соответствии с международными и внутренними стандартами, а ее данные сделают доступными всем заинтересованным лицам, сообщили нам Росгидромете.»Это и стандарты TSP и CALM, и нормативные документы России (ГОСТы, РД). Результаты и сопутствующую информацию направят в Центр мониторинга, далее во ВНИИГМИ — МЦД Росгидромета. Все будет открыто для экспертного, научного сообщества, государственных органов», — объясняет представитель ведомства.Планируют также использовать данные различных научных и производственных организаций, занимающихся криолитозоной.© Д.О. Сергеев / Евгения ЖулановаСлева: наблюдательная скважина для измерения температуры многолетнемерзлых пород. Справа: площадка для измерения температуры почвы на метеостанции в Верхоянске© Д.О. Сергеев / Евгения ЖулановаСлева: наблюдательная скважина для измерения температуры многолетнемерзлых пород. Справа: площадка для измерения температуры почвы на метеостанции в Верхоянске
От шахты Шергина до геокриологических полигонов
В 1828 году купец Федор Шергин решил вырыть во дворе своего дома в Якутске глубокий колодец, чтобы достать до водоносного горизонта. Это считается датой рождения отечественной геокриологии. Через несколько лет, когда удалось пройти 30 метров, измеренная температура грунта все еще была ниже нуля.Купец собирался прекратить работы, но в 1831-м в Якутск приехал адмирал Ф. П. Врангель. Он заинтересовался проектом, пообещал поддержку. После этого еще пять лет колодец копали на средства Российско-американской компании. Остановились на глубине 116,4 метра в связи с «очевидной бесперспективностью». Только в 1930-х установили, что мерзлый слой там заканчивается на уровне 189 метров.Хотя до воды шахта Шергина так и не дошла, она стала настоящим научным прорывом в изучении мерзлоты. До этого глубокое промерзание грунтов в Сибири многие ставили под сомнение. В шахте регулярно измеряли температуру на разных глубинах, установили некоторые закономерности. Например, научились предсказывать толщину мерзлого слоя по градиенту изменения температуры с глубиной.Схема шахты Шергина в ЯкутскеСхема шахты Шергина в Якутске»Наблюдать только за верхним слоем многолетнемерзлых пород в условиях потепления климата недостаточно, — отмечает заместитель директора Института криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН, доктор геолого-минералогических наук Дмитрий Дроздов. — Нужно бурить более глубокие скважины и измерять температуры на всю или большую часть толщи многолетнемерзлых пород — аналоги шахты Шергина. Без них несостоятелен хоть сколько-нибудь долгосрочный геокриологический прогноз».»Данных по единичным скважинам на 140 метеоплощадках мало, — говорит Владимир Дубровин, главный специалист ФГБУ «Гидроспецгеология». — Необходимо развивать сеть региональных полигонов для отслеживания большого числа параметров многолетнемерзлых пород».»Требуется также оценка состояния снежного и растительного покрова, горных пород верхнего горизонта, поверхностного стока. Причем эти данные нужны как для природных, ненарушенных условий, так и для зоны хозяйственной деятельности человека. Прогнозирование состояния вечной мерзлоты требует самой высокой квалификации, поэтому без ученых никак не обойтись», — добавляет заведующий кафедрой геокриологии геологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, доктор геолого-минералогических наук Анатолий Брушков.Помимо системы климатического мониторинга, ученые предлагают создать 15 геокриологических полигонов по всей Арктике от Европейского Севера до Чукотки — в каждой климатической зоне и на каждом типе мерзлоты. Эти организованные по единому стандарту и обладающие собственной наблюдательной сетью скважин и площадок территории площадью десятки тысяч квадратных километров, по мнению экспертов, станут ключевыми для сбора и обобщения информации о мерзлых грунтах и потенциально опасных криогенных процессах.© В.А. Дубровин, М.Н. Железняк и др., 2021Предложенная учеными схема размещения геокриологических полигонов© В.А. Дубровин, М.Н. Железняк и др., 2021Предложенная учеными схема размещения геокриологических полигоновПри таком подходе можно понять, как ведет себя мерзлота в разных ландшафтных условиях и под объектами инфраструктуры, экстраполировав выводы на весь регион. А единый банк данных пригодится как в научных, так в практических целях — для геокриологических прогнозов и разработки мер по предотвращению экологических катастроф.При этом поможет опыт Якутии, считает директор Института мерзлотоведения имени П. И. Мельникова СО РАН в Якутске, доктор геолого-минералогических наук Михаил Железняк. «В последние годы в республике уделяют большое внимание проблеме изменения климата и деградации мерзлых толщ, однако работу тормозит отсутствие принятой и финансируемой программы», — подчеркивает ученый.Якутия — самый крупный регион страны и почти весь (96 процентов) — на вечной мерзлоте. Здесь уже много лет собственными силами следят за состоянием мерзлых толщ на 35 участках, пытаются систематизировать и создавать базы данных. В 2018-м приняли региональный закон «Об охране вечной мерзлоты в Республике Саха (Якутия)». Ученые-геокриологи предлагают рассмотреть аналогичный закон и на федеральном уровне.
Источник: