Невечная мерзлота
Таяние многолетней мерзлоты может повредить федеральную трассу «Колыма»
Темы
- Деградация многолетней мерзлоты
- Необходимость изучения многолетней мерзлоты
- Материалы и методы исследования
- Регион исследования
- Риски, связанные с термокарстовыми процессами
65% территории России занимают многолетнемерзлые породы, что предполагает особые условия ведения хозяйства: при техногенных нарушениях мерзлоты подтаивает и деформируется грунт, повреждая строения и коммуникации, поэтому за мерзлотой необходим тщательный контроль.
Вечной, или многолетней мерзлотой называют грунты, имеющие постоянную температуру ниже 0 °С в течение года и более. В большинстве случаев такие грунты содержат лед в разных формах и переохлажденную воду.
По характеру распространения многолетняя мерзлота подразделяется на сплошную, прерывистую, спорадическую, островную и реликтовую. Она может быть разной мощности, температуры и льдистости. Зона распространения многолетней мерзлоты называется криолитозоной. Криолитозона занимает северные части Евразии и Северной Америки, а в южном полушарии мерзлота распространена только в высокогорьях и в Антарктиде.
В России мощность многолетней мерзлоты увеличивается по мере возрастания континентальности климата, одновременно снижаются ее температуры. Наибольшая льдистость мерзлоты наблюдается в тундровой зоне и по долинам рек, где увлажнение избыточно.
Распространение многолетней мерзлоты
Источник: Global Terrestrial Network for Permafrost
Многолетнемерзлые породы России
Источник: Большая российская энциклопедия
Деградация многолетней мерзлоты
В последнее десятилетие многолетняя мерзлота тает быстрее, чем когда-либо. Это связано с потеплением климата и техногенными нарушениями мерзлого слоя: строительство, вырубки и другие воздействия нарушают тепловой и водный режим почв. Деградация многолетней мерзлоты во многом связана с освоением Севера.
В криолитозоне ведущими факторами рельефообразования являются те, что связаны с мерзлотой: это криогенные и термокарстовые процессы. Криогенные процессы связаны с изменением объема горных пород из-за изменения температур; термокарстовые – с таянием самой мерзлоты. Образуются полигональные грунты, бугры пучения, озерные котловины, формируются просадки грунта. Дополнительно рельеф изменяют солифлюкционные, абразионные, эрозионные, склоновые процессы.
Таяние многолетней мерзлоты приводит к деформации построек, высвобождению парниковых газов и исчезновению местообитаний животных.
Инженерная защита строений в криолитозоне
Чтобы снизить риск нарушения многолетней мерзлоты, строительство в криолитозоне ведется с применением специальных технологий ее защиты, которые позволяют сохранить температурный, водный и воздушный режимы:
- строительство на сваях
- сооружение насыпей
- устройство вентиляционных труб
Необходимость изучения многолетней мерзлоты
Строительство на мерзлоте и поддержание существующей инфраструктуры требуют значительных ресурсов. По оценкам Минприроды, 40% построек, расположенных на многолетней мерзлоте, деформированы. В 2019 году аналитики Минвостокразвития оценили ежегодный экономический ущерб от таяния многолетней мерзлоты в 50 – 150 млрд руб. Темпы потепления на территории нашей страны в 2,5 раза превосходят среднеглобальные – это значит, что сезонное таяние мерзлоты будет проявляться все сильнее. В криолитозоне расположены важнейшие ресурсные регионы страны, где идет активное освоение территории. Все это делает изучение мерзлоты особенно важным.
Создание федерального закона о многолетней мерзлоте обсуждается уже несколько лет. Предлагается создание сети мониторинга многолетнемерзлых пород для регулярных наблюдений за мерзлотой по всей стране. Среди подобных программ – CALM (Circumpolar Active Layer Monitoring) и GTN-P (Global Terrestrial Network for Permafrost). Большой опыт России в освоении Севера значительно обогатил бы существующие данные. В настоящее время существуют региональные законы, регулирующие деятельность на мерзлоте, например, в Якутии.
Специалисты АО «Терра Тех», дочерней компании АО «Российские космические системы» (РКС, входит в Госкорпорацию Роскосмос) проанализировали динамику мерзлотных процессов вдоль участка федеральной трассы «Колыма». Мониторинг состояния дорог, построенных на многолетнемерзлых породах, позволяет выявить потенциальные факторы риска и своевременно провести мероприятия по защите трассы от деформации. Это позволит повысить безопасность дорожного движения и обеспечить регулярность перевозок.
Трасса "Колыма"
Автодорога Р-504 "Колыма" проходит от Якутска до Магадана, и имеет общую протяжённость 2032 километра. Это одна из главных дорог Дальнего Востока.
Строительство трассы велось рабочими «Дальстроя» в 1931 – 1953 гг. в связи с развитием горнодобывающей промышленности на верхней Колыме. Трасса частично заасфальтирована. Планируется строительство моста через р. Алдан.
Материалы и методы исследования
Для выявления динамики мерзлотных процессов были использованы данные современной и архивной спутниковой съемки высокого разрешения. Обследован участок между 179-ым и 260-ым км федеральной трассы «Колыма» от с.Чурапча до с.Ытык-Кюёль. Протяженность изученного отрезка дороги составляет 81 км.
На основе анализа спутниковых изображений выявлены современные термокарстовые процессы: это вытаивание повторно-жильных льдов с последующим образованием полигональных грунтов, образование термокарстовых озер и формирование их будущих котловин. Все эти процессы признаны факторами риска повреждения дорожного полотна.
В зависимости от набора форм рельефа и степени их выраженности определены 6 степеней риска для трассы от очень низкой до очень высокой.
Критерии оценки риска
| Проявления/Степень риска | Очень низкая | Низкая | Средняя | Довольно высокая | Высокая | Очень высокая |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Нет вытаиваний | + | |||||
| Вытаивания повторно-жильных льдов с одной стороны дороги | + | + | ||||
| Вытаивания повторно-жильных льдов по обе стороны дороги | + | |||||
| Термокарстовые озёра с одной стороны дороги | + | + | ||||
| Термокарстовые озёра по обе стороны дороги | + |
Регион исследования
Местоположение изучаемого участка трассы
Республика Саха отличается резко-континентальным климатом, вследствие чего мощность многолетнемерзлых грунтов в регионе повышена. В рассматриваемом регионе мерзлота сплошная, мощностью от 100 до 400 м, с температурой от -3 °С до -5 °С на глубине 10-15 м.
Из-за высоких летних температур (средняя температура июля в Якутске составляет +20°C) мерзлота тает, способствуя проявлению криогенных и термокарстовых процессов.
Вытаивание повторно-жильных льдов у с.Чурапча
Полигональный рельеф и вытаивание повторно-жильных льдов по обе стороны трассы
Термокарстовые озера по обе стороны трассы
Риски, связанные с термокарстовыми процессами
Около 40% длины изученного отрезка трассы могут быть повреждены из-за развития термокарстовых процессов.
На 61,2% трассы (50,6 км) почти не наблюдается развитие термокарстовых процессов. Самый низкий уровень риска имеет участок от с. Харбала 1-я до с. Харбала 2-я.
12,1% трассы (10 км) подвержены риску ниже среднего. Это участки от с. Харбала 2-я до с. Кыйы и от с. Кыйы до с. Черкёх.
6,5% трассы (5,4 км) подвержено среднему уровня риска разрушения из-за термокарстовых процессов: на этой стадии озёр вдоль дороги еще нет, но присутствуют следы вытаивания ледяных жил.
15,6% (12,9 км) трассы подвержено риску выше среднего: вблизи трассы хотя бы с одной из сторон расположены молодые термокарстовые озёра.
Высокому и очень высокому риску повреждения подвержено 4,6% изученного участка – это 3,8 км трассы. Особенно подвержен риску отрезок между с. Черкёх и с. Боробул.
Заключение
Изученный отрезок трассы «Колыма» почти на 40% своей протяженности (32 км) подвержен риску развития термокарстовых процессов.
Мониторинг состояния криолитозоны необходим в условиях ее хозяйственного освоения. Для предотвращения техногенных деформаций рельефа и повреждений построек необходимо проводить регулярные измерения характеристик многолетнемерзлых пород. Космическая съемка позволяет оценить состояние поверхности территорий распространения мерзлоты на больших площадях.