Глобальное потепление и таяние вечной мерзлоты: оценка рисков для производственных объектов ТЭК РФ

Олег Анисимов, д.г.н., Государственный гидрологический институт, Сергей Лавров, д.т.н., ЗАО «ЭКОПРОЕКТ», Санкт-Петербург

Из-за продолжающегося глобального потепления эффект «ухода Земли из под ног» может стать реальностью во многих районах распространения вечной мерзлоты. Рост температуры мерзлых грунтов и уменьшение их несущей способности представляют серьезную опасность для ТЭК России, приводя к повреждениям объекты инфраструктуры и затрудняя освоение новых месторождений. Можно ли заглянуть в будущее и дать прогноз состояния вечной мерзлоты для основных районов нефте- и газодобычи? Какова точность таких прогнозов? Ответы на эти вопросы дают исследования изменения климата и его последствий, проводимые в Государственном гидрологическом институте в Санкт-Петербурге.

Мировая экономика и экологическая безопасность продолжают оставаться зависимыми от климата. Это подтверждают многие факты, имевшие место в начале XXI века. Среди них необычные наводнения, в результате которых в мае 2001 года город Ленск был почти полностью уничтожен; частичное затопление летом 2002 года несколько крупных европейских городов; небывалые ранее как по величине, так и по продолжительности положительные аномалии температуры воздуха, зафиксированные летом 2003 года в Западной Европе. Современные изменения климата способствовали усилению многих природных опасностей, в том числе и геокриологических, связанных с таянием льда. Сопутствующие им геоморфологические процессы оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду и объекты инженерной инфраструктуры в районах Крайнего Севера.

В районах распространения вечной мерзлоты на территории РФ сосредоточено более 80% разведанных запасов нефти, около 70% - природного газа, огромные залежи каменного угля и торфа, создана разветвленная инфраструктура объектов ТЭК. Для расположенных в этих районах сооружений (дорог, нефте- и газопроводов, резервуаров, площадок нефтегазопромысловых объектов, зданий и др.) наибольшую опасность представляет таяние вечной мерзлоты. Многие из них построены на свайных фундаментах, используют многолетнемерзлый грунт в качестве оснований и рассчитаны на эксплуатацию в определенных температурных условиях. Исследования показали, что при оттаивании мерзлых грунтов изменяются их физико-механические свойства (объемный вес, влажность, пористость, адгезия к сваям-основаниям), что в конечном счете уменьшает несущую способность фундаментов, приводя к повреждению построенных на них сооружений.

Не менее серьезную угрозу представляет оттаивание льдонасыщенных грунтов и пластов погребенного льда, мощность которых может достигать нескольких метров (см. фото 1). Таяние содержащегося в грунте льда сопровождается просадками земной поверхности и развитием опасных мерзлотных процессов: термокарста, термоэрозии и др. В результате происходят значительные изменения рельефа, которые ухудшают напряженно-деформированное состояние трубопроводов и других сооружений, расположенных в данной местности.

В России общая площадь районов распространения вечной мерзлоты равна ~10,7 млн. км2, что составляет около 63% территории страны (см. рис. 1). В зависимости от сомкнутости многолетнемерзлых пород, различают области их сплошного (более 90% площади), прерывистого (50%-90%) и островного (10%-50%) распространения, между которыми можно провести условные границы. На протяжении двадцатого столетия наблюдался рост температуры верхних слоев многолетнемерзлых грунтов и увеличение глубины сезонного протаивания, причем в последние три десятилетия эти процессы ускорились. С начала 1970-х годов температура мерзлых грунтов повысилась на 1-1,5°C в центральной Якутии и до 1,0°C в Западной Сибири, при том, что температура воздуха увеличилась на 1,0-2,5°C. Эти изменения, несомненно, обусловлены глобальными процессами, поскольку на севере Аляски также происходило потепление, причем намного более сильное. С начала XX столетия до 1980-х годов температура верхнего горизонта мерзлых пород увеличилась на 2 - 4°C , а в последующие 20 лет до 2002 года еще в среднем на 3°C. На северо-западе Канады верхний слой вечной мерзлоты за последние два десятилетия стал теплее на 2°C. В особенности большой интерес представляют данные «аномальных» областей, где на фоне глобального климатического потепления продолжительное время преобладали тенденции похолодания. К таковым относится северо-восток Канады. Примечательно, что с середины 1990-х годов и в этой области температура верхнего слоя мерзлых пород увеличилась почти на 2°C, что подтверждает точку зрения, согласно которой происходящие изменения обусловлены глобальным потеплением.

Если современные тенденции сохранятся, а именно на это указывают теоретические прогнозы климата, опасные геоэкологические последствия деградации вечной мерзлоты будут неизбежны. В результате возможны массовые деформации зданий и сооружений, построенных без учета климатического потепления. Многие факты свидетельствуют о том, что в последние десятилетия деструктивное воздействие криогенных процессов на объекты инфраструктуры в области распространения вечной мерзлоты усилилось . Согласно опубликованным данным, в Западной Сибири ежегодно происходит около 35 тыс. отказов и аварий на нефте- и газопроводах. Причем около 21% всех зафиксированных аварий вызваны механическими воздействиями, в том числе связанными с потерей устойчивости фундаментов и деформацией опор . Полевые геоэкологические обследования объектов нефтегазового комплекса в Ямало-Ненецком А