Влияние опасных криогенных процессов на инфраструктуру городов в Арктике

В статье подводится итог многолетних комплексных исследований влияния опасных криогенных процессов на инфраструктуру поселений Российской Арктики с оценкой степени деформированности объектов. Процент деформированности инженерной инфраструктуры варьирует от 20–25 до 75–80%, что часто вызвано развитием опасных криогенных процессов.

Оценка негативного воздействия наиболее деструктивных процессов была проведена в 37 поселениях Российской Арктики по разработанной методике, учитывающей три показателя проявления криогенных процессов: степень пораженности, продолжительность, повторяемость. Особую опасность представляют процессы, связанные с дополнительным отеплением мерзлоты через поверхность; наблюдается новый цикл активизации термоцирков, спровоцированный вытаиванием пластовых льдов. Темпы развитии термоденудации могут достигать 15 м/год. Установлена существенная роль блокового обрушения мерзлых массивов в период снеготаяния для термоэрозионных оврагов.

Проанализирована возможность возникновения морозобойного растрескивания в природных условиях. Проанализировано воздействие размещения отходов на инфраструктуру Арктики, осуществлена классификация (8 групп) по степени их влияния на вечномерзлые основания. Уделено внимание влиянию механизированного перераспределения снега на застроенных территориях на вечномерзлые основания; формирование мощных отвалов отепляет мерзлоту, активизирует опасные криогенные процессы.

Для городской застройки получены сведения о динамике температурного режима вечномерзлых грунтов оснований под зданиями с холодными проветриваемыми подпольями: для 60% оснований характерны тренды к деградации мерзлоты, для 20% – понижение температуры мерзлоты, 20% – сохранение стабильного природного состояния.

Установлено, что на хозяйственно освоенных территориях криолитозоны формируются особые природно-техногенные геокриологические комплексы, в пределах которых прослеживается особое сочетание криогенных процессов и фиксируется различная устойчивость инфраструктуры даже для однотипных объектов. Оценена эффективность основных методов управления мерзлотной обстановкой для обеспечения устойчивости инфраструктуры в Арктике. 

1. Айбулатов Д.Н., Глазовская Т.Г., Гребенец В.И., Деркачева А.А., Сократов С.А., Толманов В.А., Турчанинова А.С., Хисматуллин Т.И., Школьный Д.И., Шныпарков А.Л. Развитие транспортных сетей Сибири и Дальнего Востока с учетом опасных природных процессов и явлений. М.: Перо, 2021. 200 с.

2. Гребенец В.И. Негативные последствия деградации мерзлоты // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2007. № 3. С. 18–21.

3. Гребенец В.И., Рогов В.В. Инженерное мерзлотоведение: учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 2000. 96 с.

4. Гребенец В.И., Толманов В.А., Федин В.А. Влияние механизированного перераспределения снега на вечномерзлые основания в городах Арктики // Материалы XV Общероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», г. Москва, 26–29 ноября 2019 г. М.: Геомаркетинг, 2019. С. 248–252.

5. Кизяков А.И., Гюнтер Ф., Зимин М.В., Сонюшкин А.В., Жданова Е.Ю. Разрушение берегов острова Колгуев в условиях распространения пластовых льдов // Материалы XV Общероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», г. Москва, 26–29 ноября 2019 г. М.: Геомаркетинг, 2019. С. 274–279.

6. Кизяков А.И., Стрелецкая И.Д., Гребенец В.И., Баду Ю.Б. Активизация опасных природных процессов в районах распространения крупных залежей подземных льдов в условиях меняющегося климата Арктики // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в РФ: материалы XIV Общероссийской конференции изыскательских организаций. М.: Геомаркетинг, 2018. С. 268–272.

7. Кислов А.В., Гребенец В.И., Евстигнеев В.М., Конищев В.Н., Сидорова М.В., Суркова Г.В., Тумель Н.В. Последствия возможного потепления климата в XXI веке на севере Евразии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2011. № 3. С. 3–8.

8. Куницкий В.В., Сыромятников И.И., Ширрмейстер Л., Скачков Ю.Б., Гроссе Г., Веттерих С., Григорьев М.Н. Льдистые породы и термоденудация в районе поселка Батагай (Янское плоскогорье, Восточная Сибирь) // Криосфера Земли. 2013. Т. XVII. № 1. С. 56–68.

9. Лейбман М.О., Кизяков А.И. Криогенные оползни Ямала и Югорского полуострова. ИКЗ СО РАН, М.; Тюмень, 2007. 206 с.

10. Стрелецкая И.Д., Лейбман М.О., Кизяков А.И., Облогов Г.Е., Васильев А.А., Хомутов А.В., Дворников Ю.А. Подземные льды и их роль в формировании воронки газового выброса на полуострове Ямал // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2017. № 2. С. 91–99.

11. Толманов В.А., Гребенец В.И., Юров Ф.Д. Оценка негативного влияния криогенных процессов на инфраструктуру ЯНАО // Материалы XV Общероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», Москва, 26–29 ноября 2019 г. М.: Геомаркетинг, 2019. С. 284–290.

12. Climate in Svalbard 2100 – a knowledge base for climate adaptation (The Norwegian Centre for Climate Services (NCCS) report, 2019, no. 1 / I. Hanssen-Bauer, E.J. Førland, H. Hisdal, S. Mayer, A.B. Sandø, A. Sorteberg (eds.), Oslo, NCCS, 2019, 206 p.

13. Costard F., Gautier E., Fedorov A., Konstantinov P., Dupeyrat L. An Assessment of the Erosion Potential of the Fluvial Thermal Process during Ice Breakups of the Lena River (Siberia), Permafrost and Periglacial Processes, 2014, vol. 25, no. 3, p. 162–171, DOI: 10.1002/ppp.1812.

14. Fuchs M., Nitze I., Strauss J., Günther F., Wetterich S., Kizyakov A., Fritz M., Opel T., Grigoriev M.N., Maksimov G.T. Grosse G. Rapid Fluvio-Thermal Erosion of a Yedoma Permafrost Cliff in the Lena River Delta, Frontiers in Earth Science, 2020, no. 8, р. 336, DOI: 10.3389/feart.2020.00336.

15. Grebenets V., Tolmanov V., Iurov F. Influence of engineeringcryogenic processes on the infrastructure of the Arctic due to climatic changes and increasing anthropogenic impact, American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting 2019, GC21E-1276, San Francisco, CA, 2019a.

16. Grebenets V.I., Kizyakov A.I., Streletskaya I.D. Hazardous permafrost processes in areas with massive ground ice occurrence in the Western Russian Arctic, American Geophysical Union (AGU), Fall Meeting 2019, C41D-1490, San Francisco, CA, 2019b.

17. Grebenets V.I., Konishchev V.N., Rogov V.V. Cryogenic destruction of construction materials in foundations of buildings erected in the permafrost zone, Soil Mecha nics and Foundation Engineering, 2002, vol. 39, no. 3, p. 106–111, DOI: 10.1023/A:1020372002621.

18. Günther F., Kizyakov A.I., Zimin M.V., Sonyushkin A.V. Destruction of coasts with tabular ground ice occurrence on Kolguev Island, European Russian Arctic // Закономерности формирования и воздействия морских, атмосферных опасных явлений и катастроф на прибрежную зону РФ в условиях глобальных климатических и индустриальных вызовов («Опасные явления»): материалы Международной научной конференции, г. Ростов-на-Дону, 13–23 июня 2019 г. Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2019. С. 221–222.

19. Günther F., Overduin P.P., Yakshina I.A., Opel T., Baranskaya A.V., Grigoriev M.N. Observing Muostakh disappear: permafrost thaw subsidence and erosion of a ground-icerich island in response to arctic summer warming and sea ice reduction, The Cryosphere, 2015, vol. 9, no. 1, p. 151–178, DOI: 10.5194/tc-9-151-2015.

20. Haltigin T.W., Pollard W.H., Dutilleul P., Osinski G.R. Geometric evolution of polygonal terrain networks in the Canadian High Arctic: Evidence of increasing regularity over time, Permafrost and Periglacial Processes, 2012, vol. 23, no. 3, p. 178–186, DOI: 10.1002/ppp.1741.

21. IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / R.K. Pachauri, L.A. Meyer (eds.), IPCC, Geneva, Switzerland, 151 p.

22. Khomutov A., Leibman M., Dvornikov Yu., Gubarkov A., Mullanurov D., Khairullin R. Activation of Cryogenic Earth Flows and Formation of Thermocirques on Central Yamal as a Result of Climate Fluctuations, Advancing Culture of Living with Landslides, Proceedings of World Landslide Forum 4, May 29 – June 2, 2017, Ljubljana, Slovenia, vol. 5, Landslides in Different Environments, K. Mikoš, V. Vilímek, Y. Yin, K. Sassa (еds.), Springer International Publishing AG, 2017, p. 209–216, DOI: 10.1007/978-3-319-53483-1_24.

23. Kizyakov A., Leibman M., Zimin M., Sonyushkin A., Dvornikov Y., Khomutov A., Dhont D., Cauquil E., Pushkarev V., Stanilovskaya Y. Gas emission craters and mound-predecessors in the north of West Siberia, similarities and differences, Remote Sensing, 2020, vol. 12, no. 4, 2182, DOI: 10.3390/rs12142182.

24. Leibman M.O., Kizyakov A.I., Plekhanov A.V., Streletskaya I.D. New permafrost feature – deep crater in Central Yamal (West Siberia, Russia) as a response to local climate fluctuations, Geography, Environment, Sustainability, 2014, vol. 7, no. 4, p. 68–79, DOI: 10.24057/2071-9388-2014-7-4-68-79.

25. Maslakov A.A., Nyland K.E., Komova N.N., Yurov F.D., Yoshikawa K., Kraev G.N. Community ice cellars in Eastern Chukotka: Climatic and anthropogenic influences on structural stability, Geography, Environment, Sustainability, 2020, vol. 13, no. 3, p. 49–56, DOI: 10.24057/2071-9388-2020-71.

26. Obu J., Westermann S., Bartsch A., Berdnikov N., Christiansen H.N., Dashtseren A., Delaloye R., Elberling B., Etzelmoeller B., Kholodov A., Khomutov A., Kaab A., Leibman M.O., Lewkowicz A.G., Panda S.K., Romanovsky V., Way R.G., Westergaard-Nielsen A., Wu T., Yamkhin J., Zou D. Northern Hemisphere permafrost map based on TTOP modelling for 2000–2016 at 1 km2 scale, Earth Science Reviews, 2019, vol. 193, p. 299–316, DOI: 10.1016/j.earscirev.2019.04.023.

27. Romanovsky V., Isaksen K., Drozdov D., Anisimov O., Instanes A., Leibman M., McGuire A., Shiklomanov N., Smith S., Walker D. Changing permafrost and its impacts, Snow, Water, Ice and Permafrost in the Arctic (SWIPA), Oslo, Norway, Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP), 2017, p. 65–102.

28. Sokratov S.A., Barry R.G. Intraseasonal variation in the thermoinsulation effect of snow cover on soil temperatures and energy balance, Journal of Geophysical Research, 2002, vol. 107, no. D9–D10, 13 р., DOI: 10.1029/2001JD000489.

29. Tolmanov V. Thermoerosion process on Tazovskiy peninsula. Factors and dynamics, European Geosciences Union General Assembly 2020, Geophysical Research Abstracts, vol. 22, Vienna, Austria, 2020, EGU2020-825, DOI: 10.5194/egusphere-egu2020-825.