Ничто не вечно, даже мерзлота

В Арктике жилые и промышленные объекты возводятся на вечной мерзлоте, которая не такая уж и вечная. «ВНИПИпромтехнологии», инжиниринговый центр АРМЗ, выделяет арктическое проектирование в самостоятельное бизнес-направление и свои проекты создает на базе технологий, позволяющих избежать чрезвычайных ситуаций из-за проседания оттаявшего грунта.

Если вечная мерзлота тает, находящиеся на ней объекты теряют устойчивость. Дома накреняются, трубопроводы разрываются. Это порядка 50–150 млрд рублей убытков в год. По крайней мере, такую сумму в октябрьском интервью Bloomberg назвал замминистра по развитию Дальнего Востока и Арктики Александр Крутиков.

Аласы превращаются в озера

Главный фактор деградации многолетнемерзлых грунтов — не климатические изменения, а интенсивное строительство: жилое, промышленное, инфраструктурное — например подземных коллекторов коммуникаций. Чем больше сооружений — тем быстрее тает мерзлота. К такому выводу пришли в «Норникеле».

Компания борется с последствиями таяния грунтов с середины 1970-х годов. «Анализ метеоданных в регионе, в частности, в Диксоне в 1917–1991 годы и Норильске в 1933–1994 годы, показывает, что существенное ухудшение мерзлотной обстановки (фактически таяние. — «СР») в районе Норильска не было результатом потепления климата на севере Сибири и обусловлено негативным воздействием техногенеза», — ​заявили в компании.

Впрочем, повышение температуры на планете не может не сказываться на вечной мерзлоте. «Состояние и свойства пород меняются. Усиливается просадка грунтов из-за термоэрозии, термокарста», — ​говорит директор Института мерзлотоведения СО РАН Михаил Железняк.

Последствия термокарста видны невооруженным глазом: аласы, плоскодонные ложбины, превращаются в озера глубиной до 5 м. Однако, как подчеркивает Михаил Железняк, нельзя утверждать, что мерзлота сильнее тает там, где быстрее растет средняя температура воздуха. На скорость деградации мерзлоты влияет состав грунтов и горных пород, толщина снежного покрова, геоморфология — в местах разломов тепло быстрее проникает в глубокие слои мерзлоты. По наблюдениям криологов, в одних районах Центральной Якутии температура мерзлоты на глубине годовых теплооборотов (10–15 м) повысилась на 1–1,5 °C — такая величина считается значительной. В других ни температура, ни глубина сезонного протаивания за 50 лет не изменились или изменились несущественно. То же — и в других регионах.

На бурятских рудниках «Хиагды», например, если не считать сезонных колебаний, вечная мерзлота не тает. «У нас летом верхний слой оттаивает до 2 м, но этот процесс никак не связан с многолетнемерзлыми породами», — ​сообщил главный инженер, первый заместитель гендиректора компании Анатолий Михайлов.

Ученые расходятся в оценках того, как изменится климат в арктических регионах в ближайшие 30 лет. Член-корреспондент РАН Вениамин Балобаев, проанализировав колебания температуры воздуха по метеоданным в Якутии за 170 лет, еще в 2004 году предположил, что с 2018–2020 годов в течение следующих 50 лет в регионе будет холодать и в итоге средние показатели вернутся к уровню 1970-х. «В разных странах есть ученые, которые поддерживают эту точку зрения. Однако большинство считают, что потепление продлится до 2100–2150 годов», — ​отмечает Михаил Железняк.

Не интуиция, а знания

Опрошенные «СР» компании — «Хиагда», «Алроса», «Норникель» — сообщили, что учитывают возможность деградации мерзлоты при проектных и строительных работах. «Все месторождения, которые мы отрабатываем, находятся в условиях сплошного распространения многолетнемерзлых горных пород. Это подразумевает технологические особенности при ведении открытых и подземных горных работ и эксплуатации горных выработок», — ​сообщили в пресс-службе «Алросы».

«Для сооружений в области многолетнемерзлых грунтов надежные проектные решения базируются на результатах комплексных инженерно-геологических изысканий, включающих изучение вечной мерзлоты, — ​объяснили в «Норникеле». — ​Инженерно-геокриологическое картирование учитывает сведения о температурных условиях и подразумевает зонирование по степени опасности геокриологических процессов. При необходимости составляется геокриологический прогноз». На основе прогноза делается инженерно-геологическая оценка территории проектируемого строительства, выбирается принцип использования грунтов в качестве оснований, назначаются нормативные характеристики сезоннои многолетнемерзлых пород, рекомендуются мероприятия, обеспечивающие оптимальные условия эксплуатации инженерных сооружений и добычи полезных ископаемых, а также стабильное состояние окружающей среды.

Проектирование должно соответствовать строительным нормам и правилам (СНиП). Михаил Железняк посоветовал «смело разрабатывать и применять территориальные строительные нормы (ТСН)». Чтобы нормы были корректными, они должны опираться не на интуицию отдельных людей, а на зафиксированные статистические данные. «Только отлаженная система контроля состояния природной среды и инженерных сооружений позволит нам спокойно жить, строить, принимать своевременные решения, предотвращая опасность. Если эту систему не построить, будем реагировать на «инфаркты» и экстренно восстанавливать разрушенное», — ​уверен Михаил Железняк.

«Геодезический мониторинг фундаментов и контроль температуры грунтов позволяют определить стадию деформации и дать оперативный прогноз: когда понадобится ремонт», — ​подтвердили в «Норникеле».

Арктическая модель

«ВНИПИпромтехнологии» как раз занимается мониторингами. В октябре нынешнего года институт сделал для «Якутнипроалмаза» (входит в «Алросу») расчеты моделей водопритоков и осушения горных выработок на алмазных рудниках Айхал, Интернациональный и Удачный. Модели позволяют анализировать горные работы на рудниках и устойчивость горного массива в условиях вечной мерзлоты, делать прогнозы вероятности затопления.

«Наибольший научный и практический интерес представляет то, каким образом можно компенсировать или минимизировать влияние возможного таяния на открытые горные работы. Влияние таяния вечной мерзлоты на подземные рудники незначительно. Тут «ВНИПИ­промтехнологии» профи: у нас многолетний опыт обеспечения безопасности и стабильности работы в условиях резко континентального климата», — ​заверил начальник научно-исследовательской лаборатории горных работ «ВНИПИпромтехнологии» Александр Иоффе. Проектировщики анализируют геомеханические характеристики пород и строят математические модели, рассчитывая допустимые углы откосов бортов карьеров, предельные параметры трубок (для алмазных месторождений) и условий наклона, нагрузки и смещения пород вокруг выработок и полостей, виды и параметры креплений. Наиболее интересными проектами в институте считают свинцово-цинковое месторождение Павловское, золотую «Наталку», кимберлитовые трубки в Якутии и одно из самых северных месторождений золота в России — Кючус.

Важнейшее условие для построения точных моделей, в том числе прогнозных, — ​обширная статистика. Чем больше — тем лучше. Но, сетует глава Института мерзлотоведения, многие компании, работающие в северных регионах России, считают данные о состоянии вечной мерзлоты коммерческой тайной, ими не делятся, поэтому аккумулировать информацию сложно. Более того, в компаниях не всегда знают, какие данные и в какой форме надо собирать, и задумываются об анализе устойчивости мерзлоты уже после того, как произошла беда: «Многие обращаются к нам за рекомендациями, когда надо минимизировать ущерб, избежать наказания. Работать с ними часто неприятно», — ​поделился Михаил Железняк.

От сотрудничества с «Росатомом» у ученого, напротив, остались добрые воспоминания: «Мы работали с «ВНИПИ­промтехнологии» при изучении геокриологических условий Эльконского месторождения в Алданском районе Якутии и продолжили с Эльконской горно-металлургической компанией. Приятно иметь дело с людьми, понимающими, что им необходимо для подготовки объекта. Это было настоящее взаимодействие и понимание».