Том XXVI, № 4 (Июль – Август 2022)
СОДЕРЖАНИЕ
ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ПРОГНОЗ
Мельников В.П., Осипов В.И., Брушков А.В., Алексеев А.Г., Бадина С.В., Бердников Н.М., Великин С.А., Дроздов Д.С., Дубровин В.А., Железняк М.Н., Жданеев О.В., Захаров А.А., Леопольд Я.К., Кузнецов М.Е., Малкова Г.В., Осокин А.Б., Остарков Н.А., Ривкин Ф.М., Садуртдинов М.Р., Сергеев Д.О., Федоров Р.Ю., Фролов К.Н., Устинова Е.В., Шеин А.Н. Развитие геокриологического мониторинга природных и технических объектов в криолитозоне Российской Федерации на основе систем геотехнического мониторинга топливно-энергетического комплекса
АННОТАЦИЯЗа последние 30 лет отмечено существенное повышение температуры верхних горизонтов вечной (многолетней) мерзлоты: в среднем на 2.5 °C в Российской Федерации. С этим связаны деградационные тенденции в мерзлоте, отрицательно сказывающиеся и на природных ландшафтах, и на инженерной инфраструктуре. Хозяйствующие субъекты пытаются защитить свои предприятия, вкладываясь в инженерные мероприятия и наблюдения за изменением параметров мерзлых оснований сооружений. Одно из лидирующих мест здесь занимает топливно-энергетический комплекс, на предприятиях которого начинает внедряться система автоматизированного геотехнического мониторинга многолетнемерзлых грунтов. В ближайшей перспективе (5–10 лет) система станет обязательной для каждого объекта, расположенного в зоне вечной мерзлоты. Но пока в разных регионах и организациях геотехнический мониторинг мерзлоты ведется по различным методикам, нередко в урезанном объеме, без учета природных тенденций и при отсутствии соответствующего анализа и прогнозирования. При этом практически всеми игнорируются фоновые изменения, происходящие независимо от хозяйственной деятельности. Это резко снижает эффективность мониторинга. Причина состоит, с одной стороны, в недостатках регламента наблюдений и обработки данных, а с другой – в том, что в Российской Федерации фоновый геокриологический мониторинг природных условий ведется в крайне недостаточном объеме. В результате возможность достоверного прогноза на средне- и долгосрочную перспективу изменения состояния многолетнемерзлых грунтов весьма ограничена. С точки зрения развития топливно-энергетического комплекса проблема усугубляется отсутствием обмена данными между отдельными его компаниями как в рамках регионов, так и на федеральном уровне.
Предложена схема организации федерального мониторинга мерзлоты на основе создания системы федеральных геокриологических полигонов, где сочетаются два вида мониторинга: фоновый природный государственный мониторинг и геотехнический мониторинг земле- и недропользователей (в первую очередь топливно-энергетического комплекса).
DOI: 10.15372/KZ20220401
РЕГИОНАЛЬНАЯ И ИСТОРИЧЕСКАЯ ГЕОКРИОЛОГИЯ
- Галанин А.А., Павлова М.Р., Васильева А.Н., Шапошников Г.И., Торговкин Н.В. Происхождение и изотопный состав атмосферных осадков при экстремально низких температурах в Якутске (Восточная Сибирь)
АННОТАЦИЯНа шести площадках вдоль 25-километрового профиля от г. Якутска исследован изотопный (18O, D) и химический состав атмосферных осадков (1–2 мм слой снега на поверхности снежного покрова и кристаллическая изморозь), выпавших в декабре 2020–январе 2021 г. в период экстремально низких температур (от –47 до –52 °С) в условиях антициклональной погоды и плотных ледяных туманов. Пробы с поверхности снежного покрова характеризуются наиболее легкими составами (d18O = –41.04 ± 5.11 ‰, dD = –326.43 ± 34.16 ‰, dexc = 1.91 ± 7.72 ‰) и заметно истощены по дейтерию. От окраин к центру Якутска установлено значительное утяжеление составов (на 10 ‰ по d18O, на 80 ‰ по dD), снижение дейтериевого эксцесса от +10 до –6 ‰, 4-кратное увеличение минерализации из-за примесей карбоната кальция. Для проб кристаллической изморози установлены изотопные составы (d18O = –30.89 ± 5.62 ‰, dD = –285.88 ± 12.82 ‰, dexc = –28.79 ± 32.53 ‰), которые не характерны для атмосферных осадков, льдов и вод региона. Они испытывают наибольшие вариации по величине d18O ‒ от –24 ‰ в г. Якутске до –37 ‰ на расстоянии 25 км от его центра; величина dD изменяется от –255.4 до –285.9 ‰, dexc возрастает от –80 до +11.5 ‰. Изотопные и химические составы исследованных осадков указывают на значительную долю техногенного водяного пара, поступающего в атмосферу при сжигании углеводородного топлива. На основе модели гауссовской смеси и дейтериевого эксцесса исследованных проб установлено, что в кристаллической изморози доля техногенной воды вблизи теплогенерирующих станций составляет 26–32 %, в центральной части города 13–18 %, на окраинах 6.5–8.8 %; в поверхностном слое снежного покрова составляет 5–6 % в центральной части Якутска и уменьшается к окраинам до 1 % и менее.
DOI: 10.15372/KZ20220402
ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ И ВО ЛЬДУ
- Чеверев В.Г., Половков С.А., Сафронов Е.В., Чернятин А.С. Физическое моделирование промерзания пучинистого грунта. Способы и устройства
АННОТАЦИЯДано обоснование выбора способов и устройств для физического лабораторного моделирования процесса промерзания и пучения грунтов с целью исследования их пучинистых свойств, а также параметров процесса промерзания для верификации разрабатываемых математических методов моделирования процесса. Рассматриваемые методы позволяют в промерзающих грунтах задавать и контролировать в автоматизированном режиме динамику температурного состояния, потоков тепла и воды, деформаций пучения и усадки, влажности и плотности, порового гидравлического давления и сегрегационного льдовыделения путем применения цейтраферной видеосъемки, моделирования внешних механической и гидравлической нагрузок.
DOI: 10.15372/KZ20220403
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КРИОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ОБРАЗОВАНИЯ
- Макарьева О.М., Алексеев В.Р., Шихов А.Н., Нестерова Н.В., Осташов А.А., Землянскова А.А., Семакина А.В. Картографирование гигантских наледей Северо-Востока России
АННОТАЦИЯНаледи широко распространены на Северо-Востоке России и оказывают существенное влияние на многие компоненты ландшафтов. Появление в открытом доступе спутниковых данных Landsat и Sentinel-2 создало новые возможности для их картографирования. По спутниковым снимкам собран актуальный каталог наледей Северо-Востока России, а также проанализирована многолетняя и сезонная изменчивость наиболее крупных ледяных массивов. На основе обобщения исторических (полученных в середине XX в. с помощью аэрофотосъемки) и современных данных о наледях подготовлено новое картографическое произведение – Атлас гигантских наледей-тарынов Северо-Востока России, который был издан в конце 2021 г. В настоящей работе рассмотрены подходы к картографированию наледей, которые использовались при создании данного Атласа, и приведены основные характеристики наледей по историческим и спутниковым данным. Всего в пределах рассматриваемой территории по снимкам 2013–2020 гг. выявлено 9306 наледей общей площадью 4854.5 км2, из которых 1146 относятся к гигантским, т. е. имеют площадь более 1 км2. Для выявленных гигантских наледей по разновременным спутниковым снимкам за период с 1970-х гг. по настоящее время проанализирована многолетняя и сезонная динамика их площади и созданы серии космокарт, которые также включены в содержание Атласа. Для большинства гигантских наледей существенного сокращения площади со временем не выявлено. Установлено также, что крупнейшей на Северо-Востоке России является наледь в бассейне р. Сюрюктях. Ее площадь в период схода снежного покрова в среднем на 14.4 км2 превышает площадь Большой Момской наледи, которая ранее считалась крупнейшей в России.
DOI: 10.15372/KZ20220404
ИНЖЕНЕРНАЯ КРИОЛОГИЯ
- Аникин Г.В., Ишков А.А. Использование аналитического решения функционирования системы “ГЕТ” для экспресс-оценки эффективности ее работы
АННОТАЦИЯПредставлена разработанная аналитическая модель функционирования системы температурной стабилизации грунтов типа “ГЕТ”, базирующаяся на интегральном методе. Приведены решения численной и аналитической моделей для систем температурной стабилизации грунтов типа “ГЕТ” с разной длиной испарительной части, а также для различных по климату арктических городов – Салехард, Варандей, Игарка. При сравнении результатов, полученных в рамках численного и аналитического решений, сделан вывод о том, что разработанную аналитическую модель можно применять для экспресс-оценки функционирования системы температурной стабилизации грунтов типа “ГЕТ” для различных конструктивных решений и климатических характеристик.
DOI: 10.15372/KZ20220405