Михаил Евгеньевич, в России в связи с глобальным потеплением наиболее часто упоминается таяние вечной мерзлоты. Это самое опасное для нас?
Михаил Кузнецов: Скажем, такие страны, как Нидерланды, Великобритания, Япония, я уже не говорю про Индонезию, боятся повышения уровня Мирового океана, и небезосновательно боятся. Оно может оказать катастрофическое воздействие на их территорию. А для нас наибольшая угроза - это таяние вечной мерзлоты.
Процессы изменения климата на Севере идут быстрее, чем в других частях планеты. Они там заметнее. За последние 20-30 лет температура мерзлотных грунтов в Арктике поднялась на 0,5-2 градуса, это увеличило глубину подтаивания порой до 40 сантиметров. Причем мы имеем дело не с изолированной проблемой мерзлоты, а с ситуацией "мерзлота плюс…". В этом "плюсе" - гидрогеологические, биологические факторы (возможность пандемии из-за микроорганизмов), процессы разрушения береговой линии, сейсмические явления…
Для оценки рисков специалисты рассматривают период до середины XXI века. Так вот, совокупный экономический ущерб от деформации и разрушения зданий и сооружений в Арктической зоне может достичь пяти триллионов рублей в нынешних ценах. Это оптимистичный сценарий: при неблагоприятном стечении обстоятельств потери превысят девять триллионов.
Кто у нас в стране сегодня занимается проблемами вечной мерзлоты?
Михаил Кузнецов: Много кто. Разные министерства, ведомства, региональные власти, научные институты, крупные корпорации. При этом нет единой системы информации, стандартов, подходов к мониторингу, проектированию и сопровождению уже построенных объектов. Нет и общей системы контроля, точнее, она есть, но технологически отсталая.
Еще один нюанс: фактор вечной мерзлоты (единые стандарты понимания, понятия, принципы мониторинга) должен сквозным образом учитываться на уровне изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации. Только тогда сформируется консолидированный запрос на современные технологии для поиска решений.
Как таяние вечной мерзлоты влияет на инфраструктурные объекты на Севере?
Михаил Кузнецов: Плохо влияет: мы получаем выпучивание колонн, каркасов зданий, термокарстовые просадки, различные деформации сооружений и технических систем. Растет аварийность геотехнических систем. Вдоль магистральных газопроводов может быть подтопление систем и, как следствие, "всплывание" трубы. Во многом это связано с экономией на изысканиях, устаревшими стандартами и нормами, с нарушением режима эксплуатации.
Еще одна опасность - повреждение хранилищ вредных веществ. Это же Север. Здесь давно и длительно осваивают природные ресурсы. Несовершенные технологии добычи и переработки сырья привели к накоплению сотен миллионов тонн опасных (в том числе радиоактивных) загрязнителей. При деградации мерзлоты они вовлекаются в кругооборот живой природы. Попадают в Арктический и Тихоокеанский бассейны, в результате разрушают не только биоценозы Севера, но и экосистемы Мирового океана.
Что происходит с железными дорогами?
Михаил Кузнецов: Мерзлота - главный фактор разрушения насыпи. Коварный фактор. Это подтверждают научные исследования на БАМе и Транссибе. На Забайкальской железной дороге есть участок (6277-й - 6278-й километры), где деформации земляного полотна и рельсошпальной решетки отмечаются с 1949 года. С 1969-го там ввели ограничение скорости движения поездов до 40, а иногда до 15 километров в час. Ежегодно по нескольку раз приходится выправлять и поднимать путь на балласт. Это может продолжаться еще 100-150 лет, поскольку в основании местами залегают льдистые многолетнемерзлые породы мощностью 25-30 метров.
Наверное, на автотрассах ситуация не лучше?
Михаил Кузнецов: Да, здесь схожие процессы, но, учитывая более доступные решения при ремонте полотна, это не так опасно и сложно, как в случае с железной дорогой. Тем не менее проблема серьезная. Например, местами деформируется трасса "Амур" Чита - Хабаровск. После строительства дороги изменились условия теплообмена, и льдистые грунты начали где-то протаивать, а где-то и промерзать - это привело к просадкам и пучению. Получается этакая волнистая дорога. Вероятно, в процессе проектно-изыскательских работ проектировщикам просто не показали информацию о реальных инженерно-геокриологических условиях и прогноз их изменений. Иначе они бы предложили другие проектные решения, инженеры учли бы их при строительстве трассы, и просадок можно было бы избежать.
На автодорогах в районе Тикси и Певека образовались провалы земляного полотна, целые участки после двух-трех лет эксплуатации почти полностью погружались в грунты основания. Выходят из строя опоры внешних сетей электроснабжения, линий связи.
Но более серьезная проблема влияния мерзлоты на автотрассы - устойчивость опорных конструкций мостов.
Как избежать такого? Не строить дороги на Севере вообще?
Михаил Кузнецов: Решений при проектировании трасс всего два - либо обойти проблемный участок, либо принять меры, обеспечивающие гарантированную сохранность мерзлоты. Нельзя проектировать из расчета, что можно оставить все как было, даже если мерзлота устойчива. После строительства изменится температурный режим, условия теплообмена, и как было - уже не будет. Сложности при строительстве железной дороги и проведении ремонтных работ на уровень выше и риски при деформации более высокие. Грубо говоря, решение проблемы выливается в увеличение ежегодных затрат на ремонт.
Про жилой фонд уже и спрашивать страшно...
Михаил Кузнецов: На мерзлоте строят с использованием оснований по принципу I, то есть с сохранением мерзлого состояния (есть еще принцип II - с предварительным оттаиванием). Вентилируемое подполье играет роль охлаждающего устройства. Тяжелые сооружения стоят на сваях. Фундамент легких объектов, которые не выделяют тепла, - на подсыпках. Важнейший параметр при проектировании - прогнозная глубина оттаивания.
Если нет системы мониторинга и прогнозирования и при расчетах неправильно определена температура грунтов, то проектная несущая способность оснований фундамента, как правило, завышается. И вот это может привести к опасным последствиям. Мерзлота до проектирования и мерзлота после строительства - два разных вида мерзлоты. Температура грунта, заложенная в расчет устойчивости, будет значительно выше после строительства.
Насколько?
Михаил Кузнецов: Например, в Тикси температура мерзлотных грунтов - минус семь градусов, вне поселка - минус 12. И пятая часть зданий в Тикси уже несет следы деформации.
И что делать?
Михаил Кузнецов: Нужны математические модели, которые позволят определять эту разницу, важную при проектировании. Поэтому мы сегодня говорим о том, что необходимо разработать закон о комплексном мониторинге, объединяющем геотехнический и фоновый. Нужна общая система контроля с помощью датчиков. Она позволит определять, какова ситуация сегодня и - в случае необходимости - когда и откуда надо переселять людей.
Все равно картина пессимистичная…
Михаил Кузнецов: Нет, конечно. Давайте все-таки не подписывать приговор вечной мерзлоте. Оттаивание происходит постепенно и не на всю глубину залегания. Речь о том, что нужно быть готовым к меняющимся условиям. Важны две вещи: наш контроль над ситуацией и готовность к действиям. И, конечно, необходимо вкладывать средства в научные и инженерные изыскания. Пока мы только в начале этого пути.
Сегодня существуют технологии, позволяющие решать многие проблемы. Например, всего за пять лет в КНР построили железную дорогу длиной в 1150 километров, соединившую Тибет с основной территорией, причем 550 километров магистрали проходит по вечной мерзлоте. Склоны насыпи закрываются металлическими листами, отражающими солнечный свет и препятствующими ее нагреванию. Сеть труб обеспечивает вентиляцию. На отдельных участках - скважины с жидким азотом. Кстати, все технологии локально использовались и в российской практике. Но здесь эти решения применили комплексно.
Те проекты, которые совсем невозможно было воплотить в середине прошлого века или - на должном уровне - еще десять лет назад, в наши дни вполне реальны. При этом возрастает роль науки, системы мониторинга, прогнозирования и применения новых инжиниринговых решений и обмена информацией между всеми участниками процесса строительства.