|
|
Опасное “умирание” вечной мерзлоты
|
 |
65% территории России занимают районы с вечной мерзлотой. Природные условия Севера и один из самых уязвимых его элементов — вечная мерзлота — чутко реагируют на техногенные воздействия, которые вызывают изменения в экологической ситуации и геотехнической безопасности, что приводит к возникновению ряда негативных последствий.
Города в районах с вечномерзлыми грунтами — это очаги концентрированного техногенного воздействия на природную обстановку. На урбанизированных территориях формируются особые природно–техногенные геокриологические (мерзлотные) комплексы, в пределах которых динамика вечной мерзлоты отличается от естественных условий. Для Норильского промрайона учеными выделено 13 основных типов подобных комплексов.
|
Комплекс неблагополучия
Самыми неблагополучными являются техногенные пустоши–бедленды (шламо–, шлакоотвалы, золо– и хвостохранилища) и крупные отстойники очистных сооружений, где мерзлота разрушена, и уничтожены природные ландшафты. На другом полюсе этой шкалы геокриологических изменений — мало затронутые техногенезом участки тундры и лесотундры, в пределах которых все же отмечается отчетливое увеличение глубины сезонного оттаивания. Происходит повышение теплопроводности пород в связи с выпадением “кислотных” дождей и нарастанием техногенной засоленности пород, это благоприятствует большему проникновению волн летнего тепла в грунты.
Особые мерзлотно–экологические проблемы возникают при уплотнении городской застройки или при реконструкции объектов на урбанизированных территориях, где в течение предшествующих лет (или десятилетий) на вечномерзлые основания воздействовали различные техногенные нагрузки. В Норильске средняя температура вечной мерзлоты на глубине 10–12 м (здесь не сказываются сезонные колебания) до застройки составляла минус 3° С; преобладали достаточно простые и стабильные геокриологические условия, свойства мерзлоты были благоприятны для устройства надежных фундаментов, несущая способность которых реализовывалась благодаря вмерзанию боковых поверхностей и торцов в грунты. Натурные наблюдения мерзлотной лаборатории Норильского комбината им. Завенягина в глубокой скважине в центре Норильска показали, что в интервале глубин 20–60 м температура многолетне–мерзлых пород повысилась за период с 1955 по 1985 годы на 0,5–1° С. Геотермические замеры Норильского отдела НИИОСП им. Герсеванова в скважине глубиной 135 м на вершине горы Рудной (рудник “Медвежий ручей”) выявили повышение температуры грунтов в интервале глубин 20–90 м за последние 50 лет от минус 3,5–4°С до минус 1,5–2°С. На глубинах более 15–20 м не сказываются сезонные колебания климатических параметров, изменения обусловлены постоянным отепляющим “техногенным прессом”.
Характерно, что при анализе изменения температуры воздуха по результатам наблюдений метеообсерваторий Норильска (период 1933–2003 гг.) и Диксона (1917–2002 гг.) в регионе не выявлено потепления климата. Деградация вечной мерзлоты проявилась в повышении температуры локальных тепловых полей под зданиями и сооружениями, в образовании многочисленных техногенных таликовых зон, в увеличении глубин сезонного оттаивания грунтов. Наши исследования показали, что деградация многолетне–мерзлых пород в Норильском промышленном районе является результатом повышения температуры поверхности (т.е. город как бы искусственно перенесен гораздо южнее), которая зависит от температуры и площади контакта различных тепловых источников на поверхности, а также от длительности техногенных влияний на вечномерзлые основания. Это повышение вызвано комплексом факторов, основными из которых являются:
-изменения природных ландшафтов, подвергшихся еще до их освоения различным антропогенным нарушениям, ухудшение экологической обстановки;
-несовершенство существующих методов инженерной подготовки территорий, прежде всего устройство мощных плохо отсортированных и хорошо фильтрирующих техногенных подсыпок;
-привнос тепла в грунты в процессе устройства фундаментов, особенно;
-многочисленные нарушения в эксплуатации подполий и других охлаждающих геотехнических систем;
-механизированное перераспределение снежных отложений с ежегодным складированием мощных (до 5–8 м) отвалов снега во дворах;
-тепловое воздействие системы подземных коллекторов на вечномерзлые грунты;
-изменение теплопроводных свойств грунтов при их техногенном подтоплении и засолении.
Мерзлотные аварии
В целом, к началу XXI века около 250 крупных сооружений в НПР имели существенные деформации, связанные с ухудшением мерзлотных условий; около 100 объектов находились в аварийном состоянии, около четырех десятков девяти– и пятиэтажных жилых домов, возведенных в 60–80–е годы, были снесены или подлежали сносу.
Особенно заметны негативные последствия на территориях с мощными подземными льдами или сильнольдистыми грунтами, например, по ул. Ленинградской в г. Норильске или в Оганере, в предгорной части Горнозаводского района (Старый город) и др. Продвижение на 300–400 м ледово–грунтового отвала “Пост–1” рудника “Медвежий ручей” с катастрофическим разрушением дорог, сооружение и водоводов от реки Ергалах также явились результатом повышения температуры пород и увеличением при этом их неустойчивости.
Более 75% всех зданий и сооружений в зоне вечной мерзлоты построено и эксплуатируется по принципу сохранения мерзлого состояния грунтов оснований. Чем ниже температура мерзлоты, тем больше силы смерзания и, значит, больше несущая способность оснований. При деградации мерзлоты, повышении температуры грунтов (зачастую и протаивание) наблюдается резкое уменьшение несущей способности вмороженных фундаментов, но так как нагрузки от сооружений остаются прежними, то объекты деформируются. Трещины в конструкциях, неравномерные осадки зданий, провалы блоков подземных коллекторов — эти и другие негативные результаты повышения температуры мерзлоты можно видеть практически повсеместно в городах Норильского промрайона.
Наблюдается также увеличение глубины сезонного протаивания и расширение при этом зоны криогенного выветривания подземных конструкций, что зачастую приводит к катастрофическому обрушению объектов, как это произошло с кафе “Белый олень” в Кайеркане в 1976 г. или с жилым домом в пос. Алыкель в 1997 г.
Деградация мерзлоты вызывает массовые деформации зданий и сооружений в городах Севера. В настоящее время деформировано почти 60% зданий и сооружений в Игарке, Диксоне, Вилюйске, фактически 100% в национальных поселках Таймырского округа, около 40% в Воркуте и т.п.
Деформации нефте–, газо– и продуктопроводов, а также различных производств (особенно химических и металлургических) приведут к колоссальным выбросам загрязнителей в окружающую среду. Следует также отметить, что массовые разрушения зданий и сооружений, необходимость в связи с этим эвакуации миллионов людей усилят социально–экономическую напряженность на Севере России. Фактически будет разрушена среда обитания коренных народов Севера. Просадки и провалы полотна автомобильных и железных дорог, деформация аэродромных покрытий подорвут транспортное единство страны.
Нехорошие накопления
Длительное освоение природных ресурсов Севера с применением несовершенных технологий добычи и переработки различных видов сырья привели к накоплению многих сотен миллионов тонн токсичных, опасных (в том числе радиоактивных) загрязнителей.
Исследования показали, что содержание сульфатов в грунтах ограждающих дамб хвостохранилища №1 Норильской обогатительной фабрики достигает 25–30 г/л, хлоридов — 5–8 г/л, чрезмерна концентрация меди, никеля и других тяжелых металлов.
В настоящее время загрязнители внутри накопителей находятся в законсервированном (мерзлом) состоянии, однако при деградации мерзлоты они вовлекаются в кругооборот живой природы, попадая в Арктический и Тихоокеанский бассейны, разрушая при этом не только биоценозы Севера, но и экосистемы Мирового океана.
Несомненно, что токсичные вещества через пищевую цепочку организмов существенно ухудшат качество морепродуктов, скажутся на здоровье человека.
Разрушение могильников, в которых законсервированы в мерзлом состоянии опасные вирусы и бактерии (сибирская язва, чума, оспа и др.), сохраняющие свои активные свойства в замороженном состоянии, способно вызвать эпидемии в северных регионах.
Нарастание опресненности (при увеличении речного стока, связанного с вытаиванием подземных льдов) морей и отепление Арктического бассейна спровоцирует сдвижку на Север границы постоянных льдов и связанной с ней среднемноголетней оси перемещения летних циклонов, это может привести к существенному преобразованию режима осадков на континенте, к возможному опустыниванию обширных территорий. Вытаивание подземных льдов и последующее дренирование воды в Мировой океан грозит повышением его уровня, затоплением многих низменных поверхностей Земли.
Важно сохранить
Предотвращение деградации мерзлоты является важнейшей экологической задачей при хозяйственном освоении Севера. В этом отношении очень важным является проведение Международного полярного года, который по инициативе многих авторитетных научных учреждений (Международная ассоциация мерзлотоведов, Всемирная метеорологическая организация, Всемирный геофизический союз и др.) объявлен ООН в 2007–08 году.
Последний полярный год (1957–1958 гг.) ознаменовался выдающимися научными гляциологическими открытиями в Антарктиде, на ледяных шапках Гренландии и Шпицбергена, полевыми экспедициями на Арктических островах и на севере Якутии, в полярных регионах Канады, созданием современной системы инженерно–геокриологических подходов к строительству на вечной мерзлоте. Россия намерена принять самое активное участие в проведении Международного полярного года. Намечены обширные и детальные международные программы исследований проблем полярных регионов.
Участие норильских ученых и специалистов в этих интересных международных проектах было бы весьма необходимо: странно, если Таймыр, низовья Енисея, плато Путорана останутся “белыми” пятнами в современной картине изучения динамики гляцио– и криосферы. Важным аспектом в рамках полярного года является проведение полевых международных научных школ по проблемам мерзлотоведения, в которых студенты из разных стран под руководством ученых и специалистов проводят совместные исследования современных геокриологических условий и оценивают тенденции в их развитии. Уже запланировано проведение подобных школ на Аляске, на севере Канады, в Гренландии, в горах Скандинавии, на Шпицбергене, на Ямале, в Надым–Пуровском междуречье, в Якутии, а также в Норильском регионе (последнее, конечно, будет возможно только при добром отношении компании “Норильский никель” и консультациях норильских специалистов).
Примечательно, что при проведении этих школ планируется “подключение” к этим экспедициям местных студентов и старшеклассников. Вообще, различные международные научные объединения в последние годы уделяют особое внимание студентам и молодым ученым — будущим специалистам, которым предстоит дать ответы на вызовы XXI века.
Изменяющиеся условия Крайнего Севера требуют пристального внимания к важнейшему компоненту природы — вечной мерзлоте; только получение реальной картины ее состояния, разработка прогнозов поведения и создание системы управления процессами могут предотвратить катастрофы, снизить риски и ущербы.
Валерий ГРЕБЕНЕЦ, доцент географического факультета МГУ, специально для Заполярной правды
|
| |
