от administrator | Янв 20, 2023 | СО РАН
«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/
от administrator | Янв 20, 2023 | СО РАН
Аршином не измерить. Феномен вечной мерзлоты можно оценивать по-разному
– 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/
от administrator | Янв 16, 2023 | СО РАН
В декабре 2022 года главный научный сотрудник Института криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН, доктор исторических наук Р.Ю. Федоров принял участие в экспедиции в поселок Мыс Каменный Ямало-Ненецкого автономного округа, организованной Тюменским кардиологическим научным центром. В ходе экспедиции были собраны данные о состоянии физического здоровья и особенностях образа жизни трех групп местного населения – вахтовых работников, жителей поселка и представителей коренных малочисленных народов. Специалистами Кардиоцентра были проведены исследования, направленные на развитие новых комплексных методов раннего выявления сердечнососудистых патологий у этих трех категорий людей, каждая из которых испытывает свои специфические факторы риска и адаптационные нагрузки в экстремальных природно-климатических условиях Крайнего Севера. Особенностью экспедиции стала апробация междисциплинарного подхода, направленного на получение разносторонней оценки факторов, влияющих на качество жизни населения Российской Арктики. В частности, Р.Ю. Федоровым были исследованы субъективные оценки таких показателей качества жизни, как оптимальность ритмов работы вахтовым методом, преодоление недостатка двигательной активности людей в зимнее время, влияние транспортной доступности удаленных поселений на удовлетворение базовых потребностей местных жителей, воздействие изменений климата и криогенных условий на различные виды хозяйственной деятельности, включая традиционные формы природопользования. Результатом сотрудничества ученых из Тюменского кардиологического научного центра и Института криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН должна стать серия междисциплинарных научных статей, в которых будут детально изложены результаты исследования и сформулированы разработанные на его основе практические рекомендации.
от administrator | Янв 13, 2023 | СО РАН
Лет 15 назад корреспонденту «Поиска» вместе с известным ученым в области мерзлотоведения академиком Владимиром МЕЛЬНИКОВЫМ довелось побывать на газодобывающих предприятиях в окрестностях Ямбурга. Пришли в цех – и неожиданность! В самом его центре, раздвинув мощные железные плиты пола, вздыбился обледенелый бугор метровой высоты. И это в июне! Так проявила характер вечная мерзлота, показав, кто в тундре хозяин. Тогда еще совсем редко говорили о потеплении климата, не то что теперь, но и до сих пор мы не определились, как относиться к этому интереснейшему феномену – вечной мерзлоте. Вот мнение академика В.Мельникова из Международного института криологии и криософии.
Такого интереса к вечной мерзлоте – необычному природному явлению – как в последние десятилетия, пожалуй, не было никогда. А началось все в XVI веке, когда казаки, вернувшись из Сибири, доложили царю-батюшке, что земля сибирская не тает даже в жаркое лето. Михаил Ломоносов положил начало изучению этого феномена. Купец Шергин в своей шахте, существующей до сих пор в Якутске, пытался докопаться до талых пород – до воды, но вынужден был остановиться на 116 метрах. Академик Петровской академии Миддендорф измерял в ней температуру и с некоторой неточностью предсказал, что толщина мерзлых пород составляет порядка 300 м. Интерес к необыкновенному явлению рос год от года, и в 1927 году вышла первая в мире монография М.Сумгина «Вечная мерзлота почвы в пределах СССР». С этого года мы исчисляем возраст нашей науки – мерзлотоведения.
Но последние тридцать лет все громче и чаще стали говорить о глобальном потеплении, особенно после публикации монографии Альберта Гора «Неудобная правда», полной предсказаний таяния вечной мерзлоты и оттого нарастающей угрозе ландшафтам, инфраструктуре северных регионов. Есть даже оценки глубокого, полного протаивания чуть ли не к концу нашего столетия, хотя многие предсказатели и не представляют себе, сколько нужно тепла, чтобы вечная мерзлота исчезла. Во многом мы тут берем вину на себя – мало пропагандировали суть явления и часто говорили на языке, непонятном обычным людям.
Путаница в терминологии началась с выходом в свет в 1955 году статьи П.Швецова и Л.Мейстера «О некоторых терминах в учении о зонах мерзлых почв и горных пород и его место среди других наук». Тогда же вышла книга П.Швецова «Вводные главы к основам геокриологии», где, по существу, пересматривается терминология, опубликованная в 1940 году в учебнике Сумгина «Общее мерзлотоведение». Главным предметом терминологического противостояния стало название науки о вечной мерзлоте. Сумгинское «мерзлотоведение» заменили на геокриологию, при этом авторами нового названия были в основном руководители Института мерзлотоведения им. В.А.Обручева. В этой схватке обе стороны то ли не знали, то ли не придали значения терминам, введенным польским ученым Добровольским, криологии как науке о криосфере. Сегодня под криосферой Земли мы понимаем холодную часть атмосферы, гляциосферу, вечную мерзлоту, а под наукой о криосфере – криологию. Так спустя годы сумгинское мерзлотоведение заняло достойное место в криологии Земли.
Кстати, очень жесткая терминологическая война способствовала закрытию Института мерзлотоведения в Москве. Отделение его в Якутске стало Институтом мерзлотоведения, сегодня носящего имя П.И.Мельникова, СО РАН. В Тюмени в 1991-м создан Институт криосферы Земли, в Тюменском индустриальном университете уже 11 лет работает кафедра криологии Земли, а в ТюмГУ – Международный центр криологии и криософии.
М.Сумгин под вечной мерзлотой понимал породы, грунты и почвы, не протаивающие два года и более. Это и сегодня чрезвычайно важно, так как потепление климата затрагивает в основном самую верхнюю часть вечной мерзлоты. Циклы потепления и похолодания воздействуют на толщу слоя максимум первых десятков метров от поверхности Земли. Ниже мерзлота остается неизменной на большей части планеты, а таянию подвергаются в теплые периоды южные территории. Небывалое развитие сибирских городов, разведка и добыча полезных ископаемых, дороги и трубопроводы, прочая инфраструктура оказались очень чувствительны к росту температуры грунтов при потери их несущей способности. Эти реальные изменения слоя годичных колебаний температур декларировали как таяние вечной мерзлоты.
Спрашивается, можно ли предупредить и прогнозировать ее разрушительное действие? В некоторых случаях – да, возможно. Изучая физические свойства и состояние грунтов в различных ландшафтах, правильно проектируя фундаменты сооружений, можно значительно снизить угрозы потери мерзлотой ее несущей способности. Наш коллега из Норвегии Игорь Эзау опубликовал результаты мониторинга температур северных городов и показал, что в среднем она в них выше на 6оС, чем за городом. Немецкие автодорожники значительно улучшили качество и долговечность автотрасс, используя пеностекло в дорожных насыпях, которое, препятствуя пучению, уменьшает градиент температур за счет низкой теплопроводности этого материала. Безусловно, необходимо усовершенствовать систему проектирования фундаментов на сваях.
Что касается долгосрочного прогнозирования изменения состояния вечной мерзлоты, то эта проблема теоретически нерешаемая. Мы не знаем, почему самое мощное похолодание – Гуронское, имевшее место 2,4 миллиарда лет назад и длившееся 200 миллионов лет, – покрыло всю сушу планеты льдом. Но после него 1,5 миллиарда лет не было оледенений. А 730 миллионов лет назад опять пришли ледниковые эпохи продолжительностью в сотни тысяч лет. Кроме этого, были и внутривековые циклы, и периоды оледенения, длившиеся десятки тысяч лет. Некоторые ученые считают, что и наше время – это продолжение очередного ледникового цикла. Нельзя забывать, что потепление последних 35-37 лет случилось после примерно такого же похолодания 1946 года, а до него был так называемый цикл потепления Арктики, когда морские экспедиции Папанина, Шмидта и других известных полярников получили огромную информацию о широтах, ранее недоступных.
Чем дальше мы отходим от образования нашей планеты, тем меньше влияние внутриземных процессов на поддержание теплого климата. Наше солнышко еще долго способно радовать нас светом и теплом, но, как известно, без атмосферы оно нагревало бы поверхность Земли всего до -18оС. Яркий пример остывания планеты – Антарктида. На протяжении 20 миллионов лет после образования материка Южный полюс был свободен ото льда и покрыт растительностью. А сегодня толщина ледового щита – 4 км. Вечной мерзлоте приписывают разрушительные свойства, рассматривая ее как угрозу. Но призывы бороться с ней до ее полного уничтожения в наше время вызывают скептическую улыбку у профессионалов. Огромная часть природы – вечная мерзлота – не угроза, а громадный ресурс, который надо познать. А.Пуанкаре писал: «Если бы природа не была прекрасной, она не стоила бы того, чтобы быть познанной; жизнь не стоила бы того, чтобы быть прожитой». С конца XX века меняется парадигма науки, и с некоторым отставанием мерзлотоведы изменили целеполагание и сосредотачивают исследования на ресурсном потенциале криолитозоны, гляциосферы и холодной атмосферы. Многие ученые считают, что мы живем в комфортных условиях среды и климата, каких в истории Земли было мало.
Не будь мерзлоты на огромных пространствах суши и шельфах северных морей, играющей роль экрана от внутриземного тепла, климат был бы другим. Ледовые образования в виде газовых гидратов консервируют его в количествах, в разы превосходящих запасы свободного газа. Препятствуя его выходу в атмосферу, консервация не позволяет возрасти парниковому эффекту и, соответственно, уберегает климат от потепления. Этот важный резерв природы – лишь малая толика ресурсов всей криосферы Земли: от нижней границы мерзлоты до верхней границы холодной атмосферы.
На мерзлоту сваливают вину, ей не свойственную. Разрушительное действие на сооружения в криолитозоне обязано малой изученности мерзлых грунтов, однобокости подходов к созданию фундаментов, защитных экранов и многому другому, не принимаемому во внимание проектировщиками и строителями из-за неразвитой системы мониторинга состояния вечно мерзлых грунтов и стандартного мышления. Главное свойство вечной мерзлоты не разрушать, а сохранять. Примеры тому – находки целых тушь мамонтов, пролежавших в мерзлоте десятки тысяч лет, сохранение многочисленных видов древней микробиоты, существовавших сотни тысяч лет назад. Они бесценны для ученых тем, что сформировали защитные свойства в иных условиях среды и климата. Сегодня доказано, что уровень повреждений ДНК живых существ при использовании пробиотика Bacillus Frost на 40% меньше, чем других применяемых ныне средств. Исследования, проведенные в Каролинском институте (Швеция), показали, что бактерия Bacillus Frost при замораживании выделяет 20 криозащитных белков, позволяющих ей выживать при отрицательных температурах. Ее ДНК способна сохраняться не десятки тысяч, а миллионы лет. Таким образом, мерзлота, отрицательные температуры способствуют не разрушению, а созиданию новых процессов и эффектов, которые невозможны в среде с постоянно положительной температурой.
Подготовил Григорий ДРОЗД
Фото Ольги Мерзляковой
Оригинал статьи: https://poisknews.ru/magazine/vnimanie-fenomen/
