Климат и мерзлота Харламова Наталья Федоровна Алтайский государственный университет

/press/reports/ Оценочный отчет Основные природные и социально-экономические последствия изменения климата в районах распространения многолетнемерзлых пород: прогноз на основе синтеза наблюдений и моделирования Апрель 13, 2010

Вечная (многолетняя!!) мерзлота распространена на территории 22.8 млн. км 2, занимая около 24% суши в Северном полушарии, в том числе более 60% территории России (Zhang et al., 2000). Вечная мерзлота встречается не только в Арктике и суб­Арктике, но и за их пределами в высокогорных районах с холодным климатом (см. рис. 1).

Распространение вечной мерзлоты в северном полушарии. Карта подготовлена Международной Ассоциацией Мерзлотоведения на основе обобщения данных наблюдений, см. nsidc.org/data/docs/fgdc/ggd318_map_circumarctic/brown.htmlnsidc.org/data/docs/fgdc/ggd318_map_circumarctic/brown.html

Данные наблюдений указывают на практически повсеместное увеличение среднегодовой температуры верхнего слоя вечной мерзлоты с 1970-х гг. Оно составило °С на севере Европейской территории России, 1.0 °С на севере Западной Сибири, 1.5° С в Центральной Якутии и около 1.3° С в Восточной Сибири. В работе (Израэль и др., 2006) получены выводы о положительных тенденциях среднегодовой температуры почвы по данным наблюдений на 22 станциях, в основном на севере Восточно-Европейской равнины. Значительно большее число метеостанций было использовано в работе (Чудинова и др., 2003), однако только за период с 1969 по 1990 г., не охватывающий наиболее сильные современные изменения температуры почвы. Анализ данных до 2006 г. по полной сети станций указывает на то, что в слое почвы до 80 см повышенные значения трендов °С за 10 лет наблюдаются на севере Европейской территории России, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Эти изменения, несомненно, обусловлены глобальными процессами, поскольку на севере Аляски также происходило потепление, причем гораздо более сильное. С начала 20 столетия до 1980-х годов температура верхнего горизонта мерзлых пород увеличилась на 2-4 °С,(Анисимов, 1999; Lachenbruch, Marshall, 1986; Osterkamp, Romanovsky, 1999) а в последующие 20 лет до 2002 года еще в среднем на 3 °С (Nelson, 2003). На северо-западе Канады верхний слой вечной мерзлоты за последние два десятилетия стал теплее на 2 °С (Majorowicz, Skinner, 1997). 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 х годов и в этой области температура верхнего слоя мерзлых пород увеличилась почти на 2 °С (Nelson, 2003), что подтверждает точку зрения, согласно которой происходящие изменения обусловлены глобальным потеплением.

Вечная мерзлота играет огромную роль в экономике, землепользовании, строительстве, а также в жизненном укладе людей на Крайнем Севере. По этой причине важность ее изучения в контексте происходящих климатических изменений очевидна для всех арктических государств. Менее ясно, насколько этот вопрос актуален на глобальном уровне, т.е. могут ли изменения вечной мерзлоты в Арктике повлиять на мировые процессы, и если да, то каковы механизмы и сила такого влияния. Для ответа на этот вопрос необходимо определить место, занимаемое Арктическими регионами в системе мировых экономических и социальных отношений, а также роль, которую они играют в глобальных природных системах. В следующем разделе приводятся некоторые из основных социально-экономических показателей, характеризующих современное состояние арктических регионов.

Данные о населении Арктики и видах деятельности. Численность населения, постоянно проживающего в Арктике составляет около 4 млн. человек. С учетом субарктической области, непосредственно прилегающей к Арктике, население составляет чуть менее 10 млн. чел., или около 0.16 % населения планеты. В Арктической тундре расположены около 370 деревень и поселков, более 80% из них находятся в береговой зоне Арктических морей. В Российской части Арктики имеются города с населением более 100 тыс. человек, крупные речные порты, развитая городская, транспортная и промышленная инфраструктура, в то время как в зарубежной Арктике наиболее распространено компактное проживание людей в небольших поселках и коммунах. Индустриальные центры Российской Арктики с указанием численности численности населения и преобладающих видов деятельности, а также структура занятости населения по различным видам деятельности приведены в таблицах 2 и 3 Отчета.

Среднегодовой доход на одного жителя в Арктике, выраженный в долларах США, варьирует от в Гренландии до на Аляске. В Российской Арктике он составляет около 20000, т.е. почти вдвое выше среднего по всей России дохода, который составляет около В России 5 % населения, проживающего в Арктических районах, обеспечивают 11 % общей продукции всей страны, главным образом за счет добычи невозобновляемых ресурсов. Ни в одной из Арктических стран нет столь большого различия между долей населения и создаваемой им долей национального продукта (McDonald et al., 2006). На Арктику приходится около 10.5 % мировой добычи нефти и 25.5 % газа. В России около 93 % природного газа и 75 % нефти добываются в арктических регионах, в стоимостном исчислении это дает до 70 % годового экспорта страны (Ильичев и др., 2003).

Изменение климата приводит к увеличению температуры вечной мерзлоты, при этом интенсифицируются неблагоприятные геокриологические процессы, влияющие на устойчивость сооружений. Отчасти из-за этого, хотя также и из-за иных факторов, связанных с условиями эксплуатации, в последние 2 десятилетия значительно возросло число аварий и повреждений объектов инфраструктуры в криолитозоне. В Западной Сибири ежегодно происходит около 35 тысяч аварий на нефте- и газопроводах, около 21 % из них вызваны механическими воздействиями и деформациями (Анисимов, Белолуцкая, 2002). На нефтяных месторождениях одного лишь Ханты-Мансийского АО происходит в среднем 1900 аварий в год. Причиной аварий являются неравномерная осадка грунта при таянии вечной мерзлоты, или же выдавливание опор и фундаментов при промерзании. Вблизи Уренгоя был отмечен подъем секции трубопровода на 1.5 м в течение одного года. На поддержание работоспособности трубопроводов и ликвидацию их деформаций, связанных с изменениями вечной мерзлоты, ежегодно тратится до 55 млрд. рублей. Деструктивному воздействию при таянии вечной мерзлоты подвергаются не только трубопроводы, но и другие сооружения. Обследование показало, что в Норильском промышленном районе около 250 сооружений имели существенные деформации, связанные с ухудшением мерзлотных условий в последнее десятилетие; около 40 жилых домов были снесены или планируются к сносу.

Рис. 12. Обрушение угла здания в центральной части г. Якутска, 1999 г. (Фото М.Н. Григорьева)

Для выявления областей, наиболее подверженных геокриологическим опасностям в связи с предстоящим изменением климата был разработан достаточно простой метод, основанный на применении расчетного индекса: / г = AZ х W х S Здесь / г - индекс геокриологической опасности, AZ - относительное изменение глубины сезонного протаивания вечной мерзлоты, рассчитанное для заданного прогноза климата и выраженное в долях от современной нормы; W - процентное содержание льда в мерзлом грунте, S - коэффициент, учитывающий засоленность грунтов. Весь диапазон расчетных значений индекса был разбит на три категории, к которым отнесены области с малой (зеленая точечная заливка), средней (светло желтая) и большой (сиреневая) вероятностью развития деструктивных геоморфологических процессов, связанных с деградацией вечной мерзлоты.

Основные последствия таяния вечной мерзлоты в России Существуют две основные проблемы, связанные с таянием вечной мерзлоты. Одна из них уже упоминалась, это воздействие на инфраструктуру, в результате которого значи­тельная ее часть может оказаться под угрозой. Но есть и вторая проблема, которая часто упоминалась как в научных дискуссиях, так и в средствах массовой информации. Это возможное усиление парникового эффекта за счет увеличения эмиссии парниковых газов, особенно метана, при таянии вечной мерзлоты.

Слева - участок Байкало-Амурской железнодорожной магистрали, подверженный деформации из-за неравномерной просадки и пучения грунта. Справа - Деформация здания заброшенной воинской части в низовье Енисея за счет неравномерного вытаивания подземного льда. Фото Д.С. Дроздова.

Рис. 14. Обрушившаяся в результате ослабления фундамента секция здания в поселке Черский. Фото В.Е. Романовского.

Примеры строительства линейных сооружений в условиях высокогорной вечной мерзлоты на Тибетском плато (Китай), адаптированных к изменению климата. Слева - термостабилизация насыпи железнодорожного полотна и автомобильной дороги при помощи охлаждающих термосифонов. Справа вверху - установка охлаждающих вентиляционных каналов в дорожной насыпи. Справа внизу - автомобильная дорога, построенная на неустойчивом грунте по принципу эстакады с заглубленными опорами. Фото Н.И. Шикломанова.

Основным способом адаптации точечных объектов является усиление фундамента посредством установки дополнительных свай, термостабилизация с применением термосифонов и вентиляции. При разработке мер по адаптации инфраструктуры необходимо принимать во внимание следующие региональные особенности. В северной области изменения вечной мерзлоты будут проявляться прежде всего в увеличении ее температуры и глубины сезонного оттаивания. Наибольшую опасность здесь представляет возможное повреждение фундаментов домов и сооружений на вечной мерзлоте за счет уменьшения ее несущей способности. Лицам, принимающим решения и руководителям таких регионов необходимо акцентировать внимание на организации мониторинга состояния фундаментов зданий с целью своевременного обнаружения их деформаций и принятия мер по стабилизации фундаментов за счет установки дополнительных свай или термосифонов, а в случаях, если это невозможно, по прекращению эксплуатации домов.

В южной области наибольшие проблемы связаны с тем, что здесь участки, занятые вечной мерзлотой, соседствуют с теми, где она отсутствует. Под воздействием изменения климата границы между этими участками находятся в постоянном движении, что приводит к неравномерным просадкам грунта, часто сопряженным с выносом протаивающего материала и образованием термокарстовых просадочных воронок. Наибольшую опасность это представляет для линейных сооружений (дорог, взлетно-посадочных полос, трубопроводов), пересекающих участки с интенсивным развитием термокарста. Руководителям таких регионов необходимо организовать мониторинг состояния грунтов вдоль линейных сооружений, при этом особое внимание уделять участкам перехода от островов многолетнемерзлых грунтов к сезонно-промерзающим грунтам, вблизи границы которых возможны инженерные меры, препятствующие термокарстовому размыву грунтов в насыпях.

Между тем, не менее важно разработать меры по адаптации населения к таким изменениям. В настоящее время отсутствуют не только научно обоснованные рекомендации по адаптации населения, но и программы, направленные на их создание на государственном уровне. Не претендуя на решение этой задачи в рамках данного отчета, отметим лишь два аспекта этой проблемы. Первый аспект - поведенческий, связанный с изменением видов, способов и приемов труда и отдыха, землепользования и т.п. Особую актуальность он имеет для коренных народов Севера, в жизни ко­торых значительную роль играют традиционные виды деятельности, такие как оленеводство, охота, рыболовство, собирательство грибов и ягод. Опыт и мастерство в этой деятельности, издавна передавшиеся от поколения к поколению, могут придти в противоречие с меняющимися условиями внешней среды, в том числе и из-за изменений вечной мерзлоты, хотя более правильно было бы рассматривать ее в комплексе с другими меняющимися факторами окружающей среды. Очевидна необходимость приведения их в соответствие, и это, с учетом давних традиций, является весьма непростой задачей. Второй аспект адаптации населения - медицинский. Он связан с прогнозируемым ухудшением санитарно-эпидемиологической обстановки, прежде с повышенным риском проникновения токсичных веществ и патогенных микробов при оттаивании различного рода хранилищ отходов в питьевую воду, но также и с продвижением на север ареалов различных животных и паразитов, и переносимых ими болезней. Меры по адаптации в данном случае достаточно понятны и состоят в усилении контроля за качеством потребляемой воды и продуктов питания, в первую очередь рыбы и мяса, получаемых из локальных источников, поскольку они являются участниками трофической цепи.

В России в настоящее время отсутствуют количественные оценки возможного экономического ущерба, связанного с таянием вечной мерзлоты. Еще более осложняет ситуацию то, что отсутствуют экономические методики, на основе которых такие оценки можно получить. Ряд методических принципов можно сформулировать, используя опыт немногочисленных зарубежных и следований и учитывая климатические сценарии, прогнозы состояния вечной мерзлоты и геокриологических рисков.

Особую группу составляют сооружения, выполняющие уникальные функции, наличие которых абсолютно необходимо, невзирая на экономическую сторону вопроса. К сооружени­ям такого рода, построенным на вечной мерзлоте, можно отнести Билибинскую атомную электростанцию, Вилюйский, Усть-Хантайский, Усть-Среднеканский, Колымский, Курейский (вблизи Туруханска), Зейский, Эвенкийский (Нижняя Тунгуска) и Мамаканский (первый, построенный на вечной мерзлоте) гидротехнические узлы, а также построенный в 2009 году в крайне сложных мерзлотных условиях мост через реку Юрибей (п-в Ямал). По гидротехническим сооружениям имеется обширная литература, обзор которой показывает, что при относительно малом их количестве в районах распространения вечной мерзлоты, на них приходится 48% всех аварий. Основной причиной аварий является неучет криогенных процессов в теле плотин, их основаниях и в районах примыкания. Надо отметить, что до настоящего времени не климат, а собственно строительство сооружений оказывало влияние на изменения вечной мерзлоты. При том, что в ближайшие десятилетия климатическая составляющая таких изменений, согласно прогнозам, будет заметно увеличиваться, следует ожидать увеличения аварийности. В условиях, когда отсутствуют альтернативы существующим сооружениям, следует предусмотреть увеличение эксплуатационных расходов, включив в них стоимость дополнительных мероприятий по предупреждению аварийных ситуаций. При этом дать какую-либо объективную экономическую оценку дополнительных расходов, связанных с единственным выделенным фактором, например, с таянием вечной мерзлоты, невозможно, поскольку указанные сооружения уникальны, заведомо сложны в эксплуатации, с одной стороны, а с другой - несмотря на все это отдача от них превышает и еще долго будет превышать затраты на их содержание.

Изменения климата, произошедшие на территории России в ХХ веке, заметно затронули природные и хозяйственные системы. Отмечены и позитивные, и негативные последствия, при этом катастрофических последствий, обусловленных изменением климатических факторов, до настоящего времени отмечено не было. В первой половине XXI века также ожидается, что изменения климата не будут лимитирующим фактором для устойчивого экономического развития России в целом. Однако разработка ответных стратегий (в частности, мер адаптации) для ряда регионов, систем и секторов необходима и должна стать приоритетной государственной задачей.

НО: лето 2010!!!

Регионы России, сожженные засухой (по состоянию на 01 июля 2010 г. )

По последней оперативной информации Министерства сельского хозяйства России, на 9 сентября 2010 года гибель сельскохозяйственных культур произошла на площади 12,9 млн га, что составляет 17% от всей посевной площади Российской Федерации. Чрезвычайное положение объявлено в 38, или почти половине субъектов Российской Федерации, где урожай погиб на 30% посевных площадей. Серьёзно пострадали практически все регионы страны. В наибольшей степени пострадало Поволжье (где в чрезвычайной ситуации оказались все регионы) и Центр Европейской части России. Общая площадь субъектов РФ, где объявлено чрезвычайное положение – около 3 млн кв. км. Это 18% территории страны, но именно здесь – прежде всего, в Центре, Поволжье, юге Урала и Сибири, сосредоточена большая часть сельскохозяйственных площадей. К счастью, аномальная засуха в меньшей степени затронула главную житницу нашей страны – южные регионы: Кубань, Ставропольский край, Ростовскую область, иначе могла бы сложиться катастрофическая ситуация. По состоянию на 8 сентября 2010 года, собрано 47 млн тонн зерна и зернобобовых. Это пока только 67% площадей под данными культурами и, по словам министра сельского хозяйства Елены Скрынник, урожай зерна 2010 года прогнозируется на уровне млн тонн.

Необходимо добавить, что ситуация с урожаем в России может иметь и серьёзные международные последствия. В конце 1990-х Россия стала экспортёром зерна, а позже вышла в число ведущих мировых экспортёров пшеницы. Хотя это произошло не благодаря росту внутреннего производства, а из-за резкого падения внутреннего спроса в связи с падением в несколько раз поголовья скота в 1990-е, тем не менее, Россия стала вносить заметный вклад в обеспечение зерном мирового рынка. Сейчас, в связи с засухой, ситуация кардинально меняется и введённым нашей страной эмбарго на экспорт зерна. Мировые цены на продукт растут, и ряд экспертов предсказывают тяжёлые последствия, вплоть до голода в ряде стран третьего мира, испытывающих дефицит продовольствия и неспособных обеспечить платежеспособный спрос на зерно.