Лед устал держать города
Разлив топлива в Норильске показал, что изменения климата, которые долго не принимал всерьез даже президент РФ, игнорировать больше нельзя. Ученые, с которыми обсудил эту проблему журнал «Компания», призывают как можно скорее создать федеральный орган по наблюдению за вечной мерзлотой. Глобальное потепление разрушает инфраструктуру в криолитовой зоне, занимающей почти 70 % территории РФ, с невиданной ранее скоростью.
Пока федеральные и региональные ведомства спорят, кто из них быстрее отреагировал на разлив 20 тыс. тонн дизтоплива в районе ТЭЦ-3 Норильско-Таймырской энергетической компании (НТЭК, входит в «Норникель»), — гляциологи, криолитологи и климатологи обсуждают причины возможного проседания фундамента под гигантским запасным резервуаром. И сходятся во мнении, что, помимо антропогенных факторов, на сваи и ростверк под емкостью могли воздействовать природные. А именно — глобальное и региональное потепление, которое в последние десятилетия идет в Арктике быстрее, чем где-либо еще на планете.
Основания говорить об этом у ученых есть: база знаний и наблюдений в России, чья арктическая зона превышает по площади любую другую в мире, накоплена огромная. Мало того, именно в СССР в начале 60-х основатель отечественной прогностической климатологии Михаил Будыко первым на планете предсказал глобальное потепление. Причем сделал это с высокой точностью, указав, что с его практическими последствиями в Арктике люди столкнутся в 90-х и 2000-х годах.
До 2018-19 годов российские чиновники не придавали этой проблеме серьезного значения. Не раз скептически высказывался о ней и лично Владимир Путин. Только в декабре 2019 года, после подписания Россией Парижского соглашения по климату, президент публично признал, что «темпы роста температур у нас выше, чем в среднем на планете, в 2,5 раза». И что города, построенные на вечной мерзлоте, в случае ее таяния ждут драматические события.
Но оказалось, что для их возникновения вечной мерзлоте не обязательно даже таять.
Мерзлота уже не та
Доцент кафедры криолитологии и гляциологии Геологического факультета МГУ Валерий Гребенец всю жизнь изучает деформации зданий и сооружений на Крайнем Севере. С 1977 по 1998 год он заведовал Норильским отделом НИИ оснований и подземных сооружений (НИИОСП), потом руководил Сектором геотехнических и геоэкологических проблем фундаментостроения на вечномерзлых грунтах в Госстрое РФ.
Почти все, что построено в зоне вечной мерзлоты, — от газо- и нефтепроводов до жилых домов и промышленных сооружений — стоит на сваях, объясняет Гребенец. Шурф на треть заливают раствором, после чего вбитая свая выталкивает раствор наверх, и он вмерзает в стенки, образуя так называемый лед-цемент. Именно боковые поверхности сваи, а вовсе не ее торец, держат потом нагрузку от здания.
В последние полвека из-за глобального и регионального потепления температура воздуха в Арктике растет со скоростью 0,4 градуса за десятилетие. Это увеличивает не только сезонно-талый слой (СТС), но и температуру самой вечной мерзлоты под ним: если тридцать-сорок лет назад она составляла в среднем −4 °C, то теперь −1,5 °C.
Сама мерзлота при этом остается на месте и внешне не меняется, но ее несущая способность снижается на порядки. Если при −4 °С квадратный сантиметр боковой поверхности сваи держит нагрузку в 8–10 кг, то при −1,5 °С — около 0,3 кг. А вес сооружения над фундаментом остается прежним. В итоге сваи неравномерно проседают — и строения рушатся. Что, скорее всего, произошло в Норильске.
Однако не все так просто. «70 % зданий в криолитозоне, включая жилые дома, стоят на вмороженных сваях, но предприятия в Магадане, Норильске, Талнахе для надежности строили с опорой на скалу, — рассказал «Ко» гляциолог. — Стоит на ней и Надеждинский металлургический завод, где расположена ТЭЦ-3. Но с краю площадки, где стоят эти огромные резервуары, скала заглубляется на 6–10 м. И здесь, возможно, какие-то сваи попали в скалу, а какие-то, может быть, до нее не добурили».
Пока зимы были холодными, незамерзающее дизтопливо в емкости охлаждалось, а летом отдавало холод грунтам, сохраняя мерзлоту десятилетиями, продолжает Валерий Гребенец. Но последние два года зимы в Норильске были аномально теплые, а потом пришла ранняя весна с +20 °C. Мерзлота под емкостью протаяла и стала жижей. Если бы все сваи фундамента упирались в скалу, это было бы неважно. Однако часть из них, похоже, просели вместе с мерзлотой, а бетонное основание и саму емкость повело. При этом компания была спокойна, думая, что все сваи фундамента емкостей упираются в скалу.
Наверняка сыграла роль и морозная деструкция бетона, предполагает ученый. От нее разрушаются бордюры в Москве: вода в микротрещинах замерзает, расширяется — и бетон сыпется. За 36 лет постоянного промерзания и протаивания железобетонная плита метровой толщины, на которой покоится бак в Норильске, тоже могла потерять прочность.
«В мае 1976 года при строительстве Надеждинского меткомбината рухнуло двухэтажное кафе "Белый олень", куда завезли рабочих, — вспоминает ученый. — Зданию было всего шесть лет, но бетон свай оказался съеден морозной деструкцией».
Чукотке, Якутии приготовиться!
В 2015 году в журнале «Арктика. XXI век» была опубликована статья «Геокриологические риски при таянии многолетнемерзлых грунтов». По данным авторов, количество зданий в Норильске, получивших повреждения в последние 10 лет, оказалось выше, чем за предшествующие 50 лет. Эти изменения можно сопоставить с изменениями температуры воздуха в криолитозоне России.
В ближайшие несколько десятилетий эти изменения будут усиливаться, увеличивая риски разрушения сооружений и коммуникаций, прогнозируют авторы. Под ударом — Чукотка, верховья Индигирки и Колымы, юго-восток Якутии, значительная часть Западно-Сибирской равнины, побережье Карского моря, Новая Земля. Вместе с газо- и нефтедобывающими комплексами, системами трубопроводов Надым-Пур-Таза, Билибинской АЭС и ЛЭП от Колымы до Певека. Из-за эрозии вечной мерзлоты берег Карского моря отступает ежегодно на 2–4 м, создавая особую опасность для хранилищ радиоактивных отходов на Новой Земле.
Один из авторов этой статьи — известный российский климатолог Олег Анисимов. В 90-х его математическая модель вечной мерзлоты позволила получить прогнозы ее состояния в XXI веке. В 2007 году Анисимов вместе с группой экспертов ООН получил Нобелевскую премию мира, а сейчас руководит исследованиями изменения климата в Государственном гидрологическом институте Росгидромета.
«Последствия стремительного потепления в арктической зоне мы с коллегами детально описали в журнале Nature еще в 2001 году, и практически все сейчас сбывается, — рассказал "Ко" Олег Анисимов. — К сожалению, серьезность проблемы у нас долго недооценивали. В инженерных расчетах использовалась концепция неизменности климата, она же была отражена в СНиПах. А климат меняется. Поэтому удивляться происходящему в Норильске не приходится».
«В случае с Норильском надо смотреть, соблюдались ли нормативы при строительстве и эксплуатации сооружения, — говорит Станислав Кутузов, гляциолог из Института географии РАН. — В городах, расположенных в зоне вечной мерзлоты, деформации часто связаны с нарушением условий эксплуатации. Там много коммуникаций проходит, и аварии на них приводят к деформации грунтов».
Но Олег Анисимов не видит в норильской аварии никакой особенной халатности.
«Люди наверняка просто исполняли те инструкции, которые у них были, — полагает климатолог. — А инструкции о том, как приспособиться к изменению климата, у них нет. Очевидно, что составлять ее должен не "стрелочник", а федеральные органы. Например, МЧС, которое у нас сейчас в основном разгребает последствия, могло бы вести упреждающую работу. Но в симбиозе с учеными, потому что без диалога с наукой, в рамках одной лишь военизированной службы учесть все риски глобального потепления в зоне вечной мерзлоты не получится».
Минфину придется раскошелиться
В декабре 2018 года глава Комитета по природным ресурсам Госсобрания Якутии Владимир Прокопьев предложил разработать федеральный закон «Об охране и рациональном использовании вечной мерзлоты». По его словам, к середине XXI века от нее в России останется лишь пятая ее часть — и с учетом этого пора создать новые регламенты строительства в Арктике. Однако меры сочли слишком дорогими и проект оставили без движения.
В прошлом году владелец «Норникеля» Владимир Потанин анонсировал программу по реновации в Норильске и просил на ее реализацию в ноябре 2019 года у президента Владимира Путина более 2,5 трлн руб. Большую часть из этих денег он хотел потратить на обновление жилья: сваи домов в городе съедает та самая морозная деструкция.
С необходимостью принятия программы по вечной мерзлоте согласны все опрошенные «Ко» специалисты. Валерий Гребенец призывает вернуть на все крупные северные предприятия мерзлотные инспекции. Они следили бы не только за состоянием грунтов и свай, в том числе на скалах, но и за состоянием бетона и зданий, фиксируя отклонения от проектных режимов.
«Технических средств укрепления мерзлоты сейчас очень много, — напоминает гляциолог. — Начиная от термосвай Лонга, на которых стоит Трансаляскинский газопровод и которые мы тысячами уже применяем, и заканчивая аварийными режимами».
Все это стоит денег. Исследования в США показали, что для поддержания инфраструктуры на Аляске до 2030 года потребуется от 3,6 до 6,1 млрд $. Подобные оценки для России отсутствуют, но с учетом значительно большего числа объектов расходы будут выше, отмечает «Арктика. XXI век». Только на обслуживание трубопроводов в районах вечной мерзлоты ежегодно расходуется около 55 млрд руб.
«Да, это дорого, но разве ликвидация разлива топлива в Норильске обошлась дешево? — задается вопросом Олег Анисимов. — А вот Трансаляскинский газопровод в США, построенный в 1961 году, до сих пор стоит без единой аварии. Скупой, как говорят, платит дважды».