В День российской науки 8 февраля 2023 и.о. директора ИКЗ ТюмНЦ СО РАН Надежда Молокитина посетила Тюменское президентское кадетское училище. На встрече Надежда Сергеевна познакомила самых юных воспитанников училища с достижения Института криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН и на примере эксперимента с «сухой водой» показала, как научная идея воплощается в жизнь.
Специалисты Института криосферы Земли СО РАН предложили транспортировать газ в твердом состоянии. О том, может ли газовый гидрат потеснить сжиженное голубое топливо, читайте на vesti-yamal.ru
«Во время норильской экспедиции я в минус 36 провалилась в огромный сугроб и смогла из него выбраться только с посторонней помощью. Я поняла, насколько тяжело ученым жить и работать в Арктике», -говорит Надежда Молокитина, и.о. директора института криосферы Земли ТюмНЦ СОРАН.
Исследования института используются для обеспечения безопасности при строительстве и эксплуатации объектов в арктической зоне. География экспедиций охватывает ХМАО, ЯНАО, Якутию, Красноярский край, полуостров Таймыр и другие северные регионы страны.
Основное направление — изучение криосферы, то есть холодной оболочки планеты. Сюда входит мониторинг мерзлых толщ земли, снежного и ледяного покрова, температуры воздуха и состояния грунта.
— В связи с изменением климата и неравномерностью оттаивания в разные годы мерзлые толщи становятся слоистыми — мерзлота, потом талый слой, затем опять мерзлота. Это можно сравнить с бутербродом, где каждый слой имеет различные характеристики, — рассказывает Надежда Сергеевна. — Для мониторинга этих слоев созданы стационары, некоторые из них функционируют 50 или даже сто лет. Многолетние измерения дают нам представление: что грядет, похолодание или потепление? И судя по этим трендам, сейчас как раз идет похолодание, хотя многие продолжают говорить про глобальное потепление.
Из своеобразного «арктического бутерброда» специалисты института криосферы Земли также могут выделить жизнеспособные бактерии для исследования их биологических свойств и использования в биотехнологиях. Кроме того, наблюдения ведутся и за изменениями арктической флоры. Однако отличительной чертой проектов является изучение арктической экосистемы в целом, в том числе и то, как человек существует в таких экстремальных условиях.
Сотрудники института изучают особенности адаптации к холоду у жителей арктических регионов. Это можно назвать своеобразной суперспособностью организма, говорит Надежда Молокитина. Исследуют различные методы закаливания, его влияние на здоровье и продолжительность жизни. Проводят корреляцию между устойчивостью к холоду и стрессоустойчивостью.
Надежда Сергеевна упоминает проекты, связанные с исследованием влияния цветовой палитры места проживания на ментальное и физическое состояние — не зря же в северных городах строят разноцветные дома и пестрые муралы, ярко выделяющиеся на белом. Они не только помогают найти свой дом в непогоду и в условиях плохой видимости, но также ассоциируются с теплом, солнцем.
Получается, что в институте криосферы Земли над комплексным изучением Арктики работают химики, физики, биологи, геокриологи, географы, историки, геоэкологи, инженеры. Специалистов разных областей объединяет главное — любовь к своему делу и интерес к арктическим исследованиям:
— Интересно, что вся деятельность института криосферы Земли укладывается в рамки криософии — концепции, предложенной выдающимся ученым Владимиром Мельниковым. Криософия — это философия холодного мира, совокупность представлений, в которых криосфера Земли осознается как ресурс различных благ и возможностей для человека, а не как источник угрозы.
Оригинал публикации: газета «Тюменский курьер» https://tm-courier.ru/2022/12/01/arkticheskij-buterbrod-i-severnye-supersposobnosti/
– Это природное явление существует на Земле испокон веков, то демонстрируя свой далеко не простой характер, то практически исчезая. Мерзлота тесно связана с периодическими колебаниями климата и сама влияет на его формирование. Она способна задать «климатическую встряску», отчасти напоминая цунами или извержения вулканов. Господствуя на территориях, где холод держится чуть ли не круглый год, она оттаивает во время короткого лета лишь на поверхности. И довольно быстро снова замерзает, создавая в зависимости от рельефа и почв неподражаемый ледяной рисунок. Однако строителям и дорожникам не до любования им. Они, скажем, только что положили новый асфальт, а на нем уже пошли трещины, поскольку не был учтен характер вечной мерзлоты. Попади вода в мельчайшую трещинку, в которой она то замерзает, то тает, и трещина расширяется, представляя опасность. Мерзлота действует по своим законам и обычаям, но мы далеко не всегда удосуживаемся их изучать.
– К чему это может привести, особенно в период потепления климата?
– В Норильске, наверное, года два назад произошла крупная авария с емкостью, в которой было топливо. Версии экологической беды выдвигались разные, подчас экзотические, чтобы выгородить виновных. А по мнению специалистов нашего института, из-за подтаивания мерзлоты почвы под емкостью частично потеряли прочность и деформировались: в металле возникло критическое напряжение, что и стало причиной несчастья. В Норильске подобные вещи происходят и со зданиями. Опытнейшие ленинградские проектировщики трудились там с конца 1930-х годов и выработали правила и нормы, обеспечившие городу долгую безаварийную жизнь. В приподнятых над землей строениях были так называемые подполья. Зимой они стояли распахнутыми, чтобы под домами, где гулял ледяной ветер, почвы как следует проморозились. А снег убирали, и за этим следили. Летом подполья закрывали щитами: теплый воздух туда не проникал, и холод сохранялся. Подземные коммуникации зимой открывали навстречу всем ветрам и морозу, а летом закрывали. Тщательно следили за протечками, чтобы вода не растапливала мерзлый грунт. В Норильске работала мерзлотная станция – своего рода ОТК (отдел технического контроля) для наблюдения за состоянием городских почв. В советские времена она и оштрафовать могла нарушителей, но в начале 1990-х годов ситуация изменилась, и сегодня станция лишь рекомендует, какие меры следует предпринять.
Перестройка, сама того не желая, коснулась и соблюдения регламента сохранности зданий. О проветривании подполий забыли – и десятки зданий начало перекашивать. В результате пришлось разбирать даже девятиэтажки, а жителям предоставлять новое жилье. Остались лишь деформированные волнами фундаменты. Железные дороги в зоне вечной мерзлоты всегда строили очень тщательно: возводили насыпь, зимой она промерзала, и полотну ничто не угрожало. Правда, с окрестных склонов на него могла натекать вода, образуя наледь (иной раз толщиной в десятки сантиметров и даже метров), и ее приходилось скалывать. Случается, вокруг насыпи скапливается снег, не давая ей как следует промерзнуть, и насыпь начинает «вести». Тогда железнодорожники пускают строительный поезд: он выравнивает полотно, подсыпая где надо гравий, и на время устраняют опасность. А чтобы грунт совсем не оттаял, бурят скважины и устанавливают термосифоны – специальные устройства, охлаждающие почву. Для предотвращения аварий на трубопроводах стараются поддерживать температуру, близкую к показателям окружающей среды.
– Мерзлота занимает огромные территории, известны ли общие потери?
– По подсчетам, 65% территории РФ – зона вечной мерзлоты. На Севере она сплошная, южнее – прерывистая. Общая площадь мерзлых участков составляет 50% территории страны. В Саянах, Среднем Приобье, на Дальнем Востоке, может быть, всего 5% площадей, заняты мерзлотой, но и они могут оказаться камнем преткновения, если вовремя не обратить на них внимание.
Что же касается потерь, то трудно сказать, вина ли это мерзлоты или всем известного человеческого фактора. Когда мы то ли не доглядели, то ли забыли, а если и сделали, то, что называется, спустя рукава, и вот она – авария. Скажу только, что стоимость строительных работ в зоне вечной мерзлоты возрастает в три-восемь раз по сравнению с другими регионами. Цифры говорят сами за себя.
– Понятно, что против человеческого фактора наука бессильна, но снизить потери она в состоянии?
– Как всегда, все упирается в деньги. Если их вкладывать, то можно в каждом конкретном случае устанавливать «холодильники» и поддерживать состояние вечной мерзлоты. Но требуются ведь относительно дешевые средства защиты. Наш институт, как и многие зарубежные организации, предлагает использовать различные пористые материалы (фактически пенопласт, но более дешевый), их укладывают в основание строящихся сооружений. Например, в Западной Сибири есть большие залежи опоковидных грунтов, из которых изготавливают крошку наподобие керамзита, причем гидрофобную, что важно. «Подушка» из нее удерживает тепло и не дает растопить мерзлоту, ее хорошо использовать при строительстве автострад. Не скажу, что все эти средства так уж дешевы, но по сравнению с затратами на бесконечные ремонты вложения уже не кажутся такими большими.
– А широко ли они применяются?
– Увы, нет. Подрядчики норовят сделать побыстрее и подешевле. А если «выбивают» солидные средства, то главное, чтобы вышло покрасивее, да радовало глаз начальства. А задачей осмысленно посмотреть чуть вперед начальство себя не обременяет. Наш институт и родственные организации РАН, проектные и изыскательские структуры, а также вузы разрабатывают надежные и эффективные средства для сбора и анализа информации о состоянии вечной мерзлоты. Например, так называемые логгеры (миниатюрные приборы-компьютеры) для считывания информации, снабженные гирляндами датчиков. Их опускают в наблюдательные скважины или вмораживают в грунт, и собранные данные (например, об изменении температуры, влажности грунтов и др.) по специальным коммуникационным каналам и через спутник передают мониторинговым службам заинтересованных организаций. Метод распространен достаточно широко, особенно в крупных компаниях, нефтегазовых прежде всего. Логгеров в мире разработано великое множество. Их производят и наши компании, но элементная база в основном китайская и американская. Качество разное, по принципу «чем дороже, тем лучше». Так что приходится выбирать: один хороший прибор или много плохих. Замечу, что по уровню исследований в области мерзлотоведения в советское время наша страна была «впереди планеты всей». Однако сейчас кое в чем мы свои позиции сдали. Скажем, количество научно-технических станций наблюдения за состоянием мерзлоты, разбросанных по всей стране, сократилось в разы. Поэтому мониторинг держится практически на энтузиазме исследователей, в то время как другие арктические страны не жалеют средств на сбор информации. Доходит до смешного. В Швейцарии, где мерзлота встречается лишь высоко в горах, различных датчиков для мониторинга геокриологических параметров едва ли не больше, чем во всей РФ. Так что все упирается в финансирование и нежелание управленцев обращать внимание на эти вопросы.
– К чему может привести потепление климата и не слишком заинтересованное, мягко говоря, отношение к состоянию вечной мерзлоты?
– Уповать, пожалуй, можно только на окончание потепления. По нашим данным, с середины нулевых годов, то есть совсем недавно, синусоида температурных изменений в мерзлоте вроде бы показывала, что похолодание не за горами. Однако сегодня картина иная. Да и человеческий фактор продолжает действовать, и парниковый эффект пока никуда не делся. А мерзлота, хотя и меняется, кое-где оттаивая на поверхности, все равно занимает четверть территории суши планеты. Это явление природы – крупнейший геологический объект, и игнорировать его никак нельзя. Мерзлота сказывается на «самочувствии» атмосферы, а сегодня и на изменении климата. Аршином не измерить значение этого явления. Скажем, для строителей оно то зло, когда начинает рушиться только что построенное здание, то добро, когда строение опирается на твердое, как скала, основание. А для ученых, представляющих самые разные области науки, – геологов и физиков, климатологов и аграриев – интереснейший природный феномен. Его изучение – и сложное, и полезное, и занимательное для общества дело.
Беседовал Юрий ДРИЗЕ
Оригинал публикации: https://poisknews.ru/skript/arshinom-ne-izmerit-fenomen-vechnoj-merzloty-mozhno-oczenivat-po-raznomu/
Институт криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН организует ряд мероприятий, посвящённых Дню науки. Каждую пятницу февраля (3,10,17,24 числа) в Лаборатории физико-химических исследований гидратов природных газов будут проводиться дни открытых дверей. Посещение лаборатории будет доступно с 9.30 до 17.30 (перерыв с 12.30 до 14.00) по предварительной записи. Записаться можно по телефону 8 (3452) 688-771, 688-787
Кроме того, в феврале 2023 г. сотрудники ИКЗ ТюмНЦ СО РАН прочитают открытые лекции в общеобразовательных учреждениях г. Тюмени о проводимых научных исследованиях.
