Одной температуры недостаточно
— Михаил Николаевич, давайте, с места в карьер — как государственная система мониторинга мерзлоты может предотвратить аварии на промышленных объектах Дальнего Востока?
— Единый федеральный центр мониторинга предполагает наличие региональных центров. Нельзя просто собрать в одном месте показатели температуры и считать, что задача решена. Помимо температуры пород необходимо получение информации о сезонно-талом слое, его влажности, подземных водах, криогенных процессах. Да и сами фактические данные могут быть получены по-разному, с нарушением методических требований при их измерении, с применением неисправной измерительной аппаратуры и пр. Без специалистов, знающих региональные особенности, сделать это очень сложно.
Показательный случай произошел на угольном карьере «Кадыкчанский» в Сусуманском районе Магаданской области, где в результате обрушения борта карьера погибли сотрудники горнодобывающей компании. Такие склоновые процессы не возникают за одну минуту. При постоянных наблюдениях можно заранее выявить трещины отрыва, изменения теплового состояния пород. Нельзя просто списывать произошедшее на мерзлоту: ее состояние и динамику можно отслеживать.
На конкретных объектах наблюдения должны вести их владельцы. Инженерно-геологические изыскания обязательны при строительстве. Предприятия должны оценивать, как сооружение, карьер или другой объект влияет на окружающую среду, а также следить за устойчивостью самого объекта.
Эта информация должна поступать в региональные центры, а затем — в федеральный. Задача системы мониторинга состоит в том, чтобы помочь предприятиям своевременно увидеть изменения и принять меры.
— Какие данные в целом есть о реакции мерзлоты на изменения климата за последние десятилетия?
— В Центральной Якутии за 50 лет пятилетняя средняя температура воздуха повысилась примерно на 3,5 градуса. Однако температура горных пород в разных ландшафтах изменилась неодинаково: где-то на 2,0–1,5 градуса, а где-то только на 0,5 °С.
Это показывает, что знания одной температуры воздуха недостаточно. Нужно знать условия теплообмена на поверхности, характер растительности и состав грунтов. Только тогда можно определить, как в конкретных ландшафтах и мерзлота отреагируют на изменение климата.
Мерзлота является достаточно консервативной системой и оттаивает постепенно. Поэтому для нас особенно важно не только оценивать возможные выбросы углерода, но и понимать, как меняется устойчивость природных и инженерных систем.
Дороги и здания на мерзлоте
— Институт также планирует исследовать мерзлотное основание федеральной трассы «Колыма». Какие проблемы там вскрываются?
— Мы готовим проект Российского научного фонда совместно с АО «Росасфальт», который согласился выступить инвестиционным партнером и обеспечить часть финансирования.
Проблема в том, что при строительстве дорог мы зачастую недостаточно хорошо знаем состояние основания. Материалы изысканий бывают слишком общими. В результате укладывается асфальт, а затем начинаются деформации.
Серьезное влияние оказывают надмерзлотные воды и подземные льды. Если учитывать их распространение и правильно подбирать проектные решения, дороги смогут служить значительно дольше.
Мы хотим провести инженерно-геокриологическое районирование трассы «Колыма». Условия могут заметно различаться даже на протяжении 10–15 километров, поэтому и технические решения должны быть разными.
Правильный проект первоначально может оказаться дороже. Но, вместо того чтобы условно построить 20 километров дороги с последующими постоянными ремонтами, лучше качественно построить 19 километров. Полученные данные также пригодятся при дальнейшем строительстве железной дороги в направлении Магадана.
— Какие исследования мерзлоты сегодня наиболее критичны для Якутии и других регионов макрорегиона?
— Необходимо изучать динамику криогенных процессов и взаимодействие природной среды с инженерными сооружениями. Иногда природные процессы распространяются на объект, а иногда само сооружение провоцирует изменения на окружающей территории.
Особенно важно учитывать ледовый комплекс. В Центральной Якутии мощные льдонасыщенные грунты и чистые подземные льды могут залегать уже на глубине двух — двух с половиной метров.
В отличие от Западной Сибири, где на отдельных территориях интенсивное оттаивание уже приводит к потере несущей способности грунтов, у Якутии пока есть временной задел. Его необходимо использовать, чтобы выстроить систему наблюдений и заранее подготовить инженерные решения.
Изменение мерзлоты не нужно воспринимать исключительно как трагедию. Природная среда менялась всегда. Важно — контролировать эти изменения и применить превентивные мероприятия. Если мы видим тенденции изменения теплового режима грунта и деформации сооружения, период сохранения устойчивости сооружения и принять меры: установить охлаждающие системы, изменить условия эксплуатации, убрать снег.
Если правильно строить и эксплуатировать здания, естественного холода в Якутске будет достаточно, чтобы они нормально функционировали в ближайшие 20–30 лет. Но при хаотичной застройке и изменении гидрогеологических условий не выдержит даже самое надежное сооружение.
Наблюдения и гипотеза похолодания
— Вы говорили, что в последние годы среднегодовая температура начала снижаться. Можно ли считать это новым трендом?
— Последние три года среднегодовая температура в Центральной Якутии и северных районах понижалась по сравнению с предыдущими годами. Самое высокое значение в г. Якутске составляло приблизительно минус 5,7 градуса, в последние годы показатели находятся примерно в пределах от минус 6 до минус 6,6 градуса.
Но трех лет недостаточно для окончательных выводов. Нужно посмотреть, сохранится ли тенденция в течение пяти лет. В долгосрочной перспективе температура все равно остается выше, чем в 1970-е годы.
Я допускаю, что впереди может быть 50–60-летний период понижения температуры. Это не означает резкого похолодания на десятки градусов, но климатический тренд может измениться. Пока это гипотеза, которую должны подтвердить наблюдения.
Продукты и семена в мерзлоте
— Экспериментальное подземное криохранилище Института мерзлотоведения уже используется для семян. Планируются ли другие испытания?
— Мы заключили контракт с Росрезервом. Планируется заложить в мерзлоте первую партию продуктов и наблюдать за их состоянием в течение ряда лет. Речь идет о тушенке, консервах, крупах и других продуктах длительного хранения. Для этого в криохранилище выделена и закрыта отдельная территория.
Эксперимент должен показать, насколько эффективно естественный холод можно использовать для хранения продовольственных запасов.
— Что сейчас происходит с хранилищем семян? Насколько оно заполнено?
— Долгое время оно было заполнено примерно на 30%. Теперь создана компания АО «Природный холод Якутии», в которую вошли Институт мерзлотоведения и Институт биологических проблем криолитозоны. Это должно помочь полноценно использовать хранилище.
Эксперимент продолжается уже более десяти лет и показывает хорошие результаты. В подземной лаборатории Института мерзлотоведения исследования хранения семян совместно с биологами ведутся еще с начала 1970-х годов.
Специалистами Института биологических проблем криолитозоны СО РАН установлено, что при естественной температуре минус 6–8 градусов всхожесть семян спустя длительное время сохраняется на уровне 85–92%. При хранении при минус 20 градусах она составляет около 60–70%. Наши специалисты исследуют причины этой разницы и готовят научные публикации.
Главное преимущество якутского криохранилища — отсутствие холодильных установок. Даже хранилище на Шпицбергене зависит от оборудования, а у нас используется естественный холод. Воздушные охлаждающие системы только помогают поддерживать необходимую температуру.
Оно рассчитано на 100 тысяч семян. Сейчас там находится примерно 25–30 тысяч. Планируется полностью заполнить хранилище. Свои семенные фонды готовы направлять российские заповедники, поступили заявки из Казахстана, Китая, Ирана и других стран. Для зарубежных коллекций мы выделяем отдельный отсек.
В ноябре заповедники РФ должны передать подготовленный семенной материал. Основное назначение объекта — хранение семян дикорастущих растений. Это позволит не только сохранить генетический материал, но и обеспечить дальнейшие исследования.
— Сохраняется ли проект более крупного хранилища на миллион семян?
— Такой проект существует. Рассматривалось несколько возможных площадок: территория Института мерзлотоведения, Ботанический сад ЯНЦ, а также более холодные районы Якутии.
Проект предусматривает другую структуру объекта, есть экономическое обоснование. Его подготовкой занимался СВФУ, под руководством Александра Кугаевского. Теперь необходимо найти финансирование и реализовать проект.
Иностранных коллег эта идея заинтересовала. О готовности участвовать в создании криохранилища заявили представители Ирана, Ирака и Китая. Для государств важно иметь возможность сохранить собственный семенной фонд.
Зачем объединять исследования
— Сегодня мерзлота есть во многих регионах ДФО. Как координируется работа институтов?
— Мерзлота есть в Якутии, на Чукотке, в Забайкалье, Красноярском крае и других регионах Дальнего Востока. При этом далеко не везде есть соответствующие специалисты и научные институты. Поэтому около двух лет назад мы начали обсуждать объединение усилий в рамках Дальневосточного природно-климатического центра.
Нужны совместные проекты, которые позволят оценивать геокриологические условия не только на отдельных участках, а на территории всего Дальнего Востока. Они везде разные: где-то мерзлота сплошная и достаточно стабильная, где-то прерывистая или островная и постепенно исчезает.
Недостаточно просто зафиксировать, как меняется климат. Нужно понимать, что происходит дальше: как реагируют мерзлота, растительность и инженерные системы. Природные условия напрямую определяют жизнь людей.
Например, в тундре наблюдается продвижение лесной растительности, меняется мохово-лишайниковый покров, на его месте появляется луговая растительность. Это уже совершенно другие условия для всей биоты. Поэтому Институт мерзлотоведения готов заниматься геокриологическими исследованиями Восточной Сибири и Дальнего Востока, но для этого нужны крупные совместные проекты.
— На что конкретно будет направлена деятельность Дальневосточного центра?
— Центр создан при Институте географии Дальневосточного отделения РАН и должен объединить большую команду. Одни специалисты будут заниматься климатом, другие — растительностью, мерзлотными ландшафтами и их динамикой. У институтов уже есть карты состояния отдельных природных систем, основанные на космических снимках и результатах полевых исследований на отдельных территориях. Теперь задача — собрать все это в единую систему.
Что касается мерзлоты, мы готовы взять на себя этот блок. Но необходим комплексный грант по природно-климатическим условиям состояния и динамики Дальнего Востока. В таком проекте смогут участвовать десятки специалистов.
Отдельные исследования на месторождениях и других объектах освоения территории дают информацию только о небольшом участке. Задача науки — перейти к геокриологическому районированию отдельных территорий и всего Дальневосточного региона, учитывая климат, микроклимат, растительность, состав грунтов и другие факторы.
— После стольких лет работы что для вас мерзлота сегодня: объект исследования, инженерная задача или часть личного отношения к Якутии?
— Мерзлота — это для меня часть жизни, без которой я себя плохо представляю, как человек, как ученый.
Беседовал Дмитрий Осипов