На Шпицбергене возобновлены наблюдения за состоянием мерзлых грунтов

Ученые Арктического и антарктического научно-исследовательского института совместно с трестом «Арктикуголь» возобновили прерванные более 30 лет назад наблюдения за состоянием мерзлых грунтов в районе российских поселков Баренцбург и Пирамида на Шпицбергене. Модельные оценки на основе вновь полученных данных показали, что при условии сохранения текущих темпов потепления климата опускание кровли многолетней мерзлоты начнется уже в ближайшие 30 лет. Новые методики прогноза будут использоваться при обработке данных Государственной системы фонового мониторинга состояния многолетней мерзлоты, охватывающей всю территорию криолитозоны России.

Потепление климата в Арктике – серьезный вызов с точки зрения деградации многолетней мерзлоты и потери несущей способности грунтов в основании сооружений. Для архипелага Шпицберген – первом из арктических архипелагов Евразии, стоящем на пути западного переноса теплых атмосферных и океанических масс из Атлантики, – данный вопрос особо актуален в связи высокими темпами роста температуры воздуха и наличием расположенных на мерзлоте двух действующих российских поселков. Рудники Пирамида и Баренцбург – это самые северные в мире поселки с тяжелыми зданиями на мерзлых грунтах.

Анализ данных метеостанции в поселке Баренцбург показывает, что скорость увеличения среднегодовой температуры воздуха здесь вдвое выше, чем в среднем по территории России. Опасения вызывают не только темпы роста среднегодовой температуры, но и возможность ее перехода в зону положительных значений в перспективе ближайших десятилетий. Так, в аномально теплый 2016 год среднегодовая температура воздуха в поселке Баренцбург уже составила –0,4°С.

С 2016 года ученые ААНИИ проводят бурение и оснащение термометрическими косами скважин в районе Баренцбурга и Пирамиды. Не менее важно, что удалось обнаружить и скважины советского времени, а в фондах рудоуправлений найти по ним информацию о температурном состоянии грунтов пятидесятилетней давности. Проведенные исследования позволили выявить основные особенности инженерно-геокриологических условий в районе поселков Баренцбург и Пирамида, обобщить местный опыт строительства и эксплуатации сооружений на мерзлоте, создать систему мониторинга состояния мерзлоты, на ее основе оценить тренды изменения температурного состояния грунтов.

Наиболее сложными инженерно-геокриологическими условиями характеризуется район поселка Пирамида, где в отличии от поселка Баренцбург возможность использовать скальные грунты в качестве опоры для свайных фундаментов лимитирована наличием мощной пачки рыхлых отложений. В настоящее время среднегодовая температура грунтов в наблюдательных скважинах варьирует в пределах –3,5 ÷ –2,2°С в районе поселка Пирамида и –3,1 ÷ –2,6°С в районе поселка Баренцбург, что позволяет эксплуатировать здания, построенные на мерзлых грунтах. При этом, опыт советского времени показывает, что в случае допущения техногенных теплопотерь возможны серьезные деформации фундаментов. Что касается возможности растепления грунтов под воздействием естественных причин, то к реализации этого сценария тоже необходимо готовиться.

Выполненные модельные оценки показали, что начало активных процессов разрушения мерзлых грунтов при условии сохранения текущих темпов потепления климата произойдет в ближайшие 30 лет, а скорость опускания кровли многолетней мерзлоты в этих района составит около 12,5 см/год. Анализ данных системы мониторинга позволит, в случае необходимости, принять своевременное решение об оборудовании зданий термостабилизаторами, тем самым понизив температуру грунтов. Ряд практических рекомендаций уже принят во внимание оператором российских поселков на архипелаге Шпицберген – трестом “Арктикуголь”. Так, в 2024 г. в Баренцбурге были устранены протечки коммуникаций под домами на свайных фундаментах, что является примером положительного опыта принятия управленческих решений на основе рекомендаций ученых.

Первая опытно-методическая скважина для Государственной системы фонового мониторинга состояния многолетней мерзлоты была пробурена и обустроена на Шпицбергене. Сейчас специалисты Росгидромета на основе данных мониторинга температур в скважине и теплофизических исследований отобранных при бурении кернов приступают к отработке методик прогнозирования динамики мерзлотной обстановки. Наработанные методики будут использованы для составления прогнозных мерзлотных карт на территорию России.