Если эта мерзлота начнет активно таять, сооружения и целые города, на ней стоящие, столкнутся с проблемой устойчивости.
Со льдом растают триллионы
Возможная нестабильность вечной мерзлоты стала одной из центральных тем прошедшего в сентябре Восточного экономического форума. Эксперты, участвовавшие в той дискуссии, обнародовали такую информацию: таяние многолетнемерзлых пород и подземного льда в следующие 25 лет может принести стране астрономический ущерб - до 7-10 триллионов рублей!
Повлиять на планетарный климат невозможно, отмечали специалисты, однако можно заранее подготовиться к его изменениям. При проектировании любых объектов используются оценки параметров окружающей среды, и если она быстро меняется, то в проекты необходимо закладывать и прогнозы по изменению этих параметров. Эффективным решением такой задачи должна стать система государственного мониторинга состояния вечной мерзлоты, федеральный закон о создании которой был принят летом 2023 года.
Вот что говорит Олег Жданеев, советник генерального директора ФГБУ "Российское энергетическое агентство" Минэнерго России, руководитель Центра компетенций технологического развития топливно-энергетического комплекса при Минэнерго России:
- Названные цифры ущерба - это только для муниципальных объектов. Промышленность, расположенная на территориях с вечной мерзлотой, пострадает кратно больше. В этом отношении система государственного мониторинга станет одним из краеугольных камней для устойчивого развития как промышленности и топливно-энергетического комплекса, так и в целом Российской Федерации.
И вот в этот момент к решению проблемы во всеоружии подключились норильчане.
Автоматизация и оперативность
С проблемой смещения грунтов из-за таяния вечной мерзлоты Норильск знаком лучше всех в мире. Весь город и гигантский производственный комплекс Заполярного филиала зависят от стабильности мерзлых пород под ними. Потому собственный проект геотехнического мониторинга городских и промышленных зданий, принадлежащих компании, "Норникель" запустил еще в 2021 году. Его пилотным этапом стала установка систем наблюдения на хранилищах аварийного дизельного топлива теплоэлектроцентралей Норильско-Таймырской энергетической компании (НТЭК). Автоматизированный сбор данных по температуре грунтов и деформации фундаментов зданий и сооружений позволил своевременно обнаруживать опасные дефекты в конструкциях зданий. "Также система отслеживает температурно-влажностный режим в технических подпольях, являющийся необходимым показателем при геотехническом мониторинге", - сообщала тогда пресс-служба компании.
Все эти данные специалисты "Норникеля" собирали и раньше, вот только делали это вручную. Автоматизированная система сократила временные затраты, позволила собирать гораздо больше показаний и, соответственно, оперативнее замечать и реагировать на возможные риски.
Подключаем науку
Первый опыт автоматизированного мониторинга быстро доказал свою эффективность. Поэтому к 2024 году мониторинг охватил уже 224 объекта, включая административно-бытовые комплексы и здания на рудниках, ТЭЦ, сооружения хранения нефтепродуктов, спортивные, гостиничные объекты и многое другое.
Правда, на том этапе стало ясно, что в условиях глобального потепления всего этого недостаточно. Следует пояснить, что геотехнический мониторинг - это комплекс работ, основанный на натурных наблюдениях за состоянием грунтов основания (температурный режим), режимом подземных вод, перемещением конструкций фундаментов зданий или сооружений. Между тем необходимо отслеживать и природные экосистемы, которые не подвержены техногенному воздействию (так называемый фоновый мониторинг мерзлоты), то есть поведение грунтов в различных условиях, сказали эксперты, - без этих данных невозможно получить долгосрочные прогнозы деградации мерзлоты на севере России.
Тогда к работе подключились научные сотрудники Заполярного государственного университета имени Н. М. Федоровского (ЗГУ). Они привлекли к работе специалистов с единственной в стране кафедры геокриологии - в МГУ, и, вместе с москвичами, при поддержке Заполярного филиала "Норникеля", в кратчайшие сроки разработали научно-методические основы для организации региональной системы фонового мониторинга. Принцип выбора участков для бурения и количество скважин в данном подходе значительно отличается от применяемого в государственной системе мониторинга.
Директор научно-исследовательского центра "Технологии строительства и мониторинга зданий и сооружений Арктики" ЗГУ Павел Котов описывает его так:
- Наш метод основан на выделении природных ландшафтов, наиболее типичных для изучаемой территории, и на выполнении специального комплекса измерений на них. Мерзлые породы являются составной частью ландшафтов, поэтому между ними и другими компонентами устанавливается тесная взаимозависимость, которую необходимо исследовать. Поэтому нами была разработана классификация по природным условиям для территории, определяющим формирование мерзлых пород района от Норильского промышленного района до Дудинки (около 8000 квадратных километров), и для каждого выделенного ландшафта установили уникальный набор параметров. Эти параметры были получены при проведении инженерно-геологических работ, выполненных компанией "Норникель", а также маршрутных исследований, которые провели научные сотрудники и студенты в рамках летней полевой школы по изучению вечной мерзлоты, проведенной ЗГУ.
Прогнозные исследования
Иначе говоря, ученые определили восемь полигонов, которые в совокупности охватывают все основные виды ландшафтов на территории от Норильска до Дудинки. Определили, какие параметры нужно замерять на каждом полигоне. И уже в 2023 году начались работы по реализации этой системы: "Норникель" заказал работы по бурению 25 скважин глубиной от 10 до 20 метров и трех - глубиной 200 метров. Все работы на данный момент выполнены, скважины оснащены специализированным термометрическим оборудованием, а данные, которые оно собирает, с декабря 2023 года поступают на сервер центра "Технологии строительства и мониторинга зданий и сооружений Арктики" ЗГУ.
Для хранения, обработки и анализа данных температурного режима грунтов используется специализированное программное обеспечение отечественной компании. Данные температурного режима грунтов дополняют результаты полевых и лабораторных исследований, выполненных в конце 2023 - начале 2024 года Заполярным филиалом "Норникеля" в составе инженерно-геологических изысканий, и итоги работ зимней и летней полевых школ в 2024 году, на основе данных двух метеостанций, расположенных в этом районе, а это ряды наблюдений за почти 90 лет!
Используя полученные данные, можно построить трехмерные модели основных ландшафтов территорий и выполнить прогнозы по поведению вечной мерзлоты на период вплоть до 2050 года, в том числе при разных сценариях изменения климата. Здесь и кроется ответ на вопрос, почему норильчане смогли вступить в дискуссию по созданию государственной системы мониторинга, как говорится, с гордо поднятой головой.
По мнению Бориса Порфирьева, научного руководителя Института народнохозяйственного прогнозирования РАН, создаваемая с помощью "Норникеля" система выглядит более совершенной, чем та, которую также прямо сейчас реализует государство. Государственная сеть наблюдательных скважин создается в привязке к существующим метеостанциям, поэтому она по определению будет давать менее детальную картину:
- На сегодня под эгидой предприятий и организаций Росгидромета пробурено 78 наблюдательных скважин на глубины до 20-25 метров. Всего предполагается порядка 140 таких по стране. А в "Норникеле" количество скважин 28 - это действительно уникальная история. Вклад частной компании, которая занимается организацией такого мониторинга, по сути дела, встраиваясь в государственную систему, исключительно важен.
Международное признание
Таким образом, норильчане и смогли вступить в дискуссию с сильной позиции, говорит Павел Котов. Сегодня они могут предложить дополнить государственный проект уже апробированными схемами наблюдения и, более того, интегрировать свою региональную систему в общероссийскую.
Не исключено, что федеральные структуры не только прислушаются к норильчанам, но и возьмут их опыт за основу. Надо учесть многочисленные победы и призы, которые получил норильский проект в различных конкурсах, включая международные.
Например, в октябре 2024 года "Система фонового мониторинга мерзлоты территории ответственности "Норникеля" победила на Втором Международном климатическом конкурсе "Зеленая Евразия", участниками которого было более 300 проектов из 12 стран, получила федеральную премию в области корпоративных инноваций GenerationS Innovation Award (GIA), где ее конкурентами было 538 идей со всей страны. Также проект был высоко оценен на Международной премии BRICS Solutions Awards, где участвовали 1343 практики из 15 стран.
Ну а с учетом того, что за три года реализации своего проекта "Норникель" выстроил эффективное сотрудничество не только с МГУ, но и с другими ведущими научно-исследовательскими организациями и институтами России и Сибири, у норильского проекта мониторинга есть все шансы стать попросту фундаментальным для всей страны.
Гиорги Кунчулия, начальник отдела Департамента научно-технического сопровождения эксплуатации зданий и сооружений в условиях Крайнего Севера Заполярного филиала "Норникеля":
- Победа на конкурсе "Зеленая Евразия" очень важна для компании в силу того, что мы активно все последние годы занимаемся зеленой повесткой. Но не с точки зрения какой то отчетности и ответственности бизнеса, - с точки зрения прикладных инженерных и научно-технических задач. Эта награда доказала верность нашего подхода к решению важной проблемы - оценке деградации мерзлоты и устойчивости зданий и сооружений на территории Норильского промышленного района.