Как в России тает вечная мерзлота: объясняем на графиках
Две трети территории России занимает вечная мерзлота — грунт, который постоянно находится при температуре 0°C и ниже. Именно в районах вечной мерзлоты расположены главные центры добычи нефти, газа и других полезных ископаемых, а также крупные города: Воркута, Норильск, Якутск.
Главная угроза для этих территорий — изменение климата. Среднегодовая температура воздуха растет, и это приводит к таянию вечной мерзлоты. Эта проблема особенно выражена в арктических районах: Арктика нагревается как минимум в два раза быстрее, чем остальной мир.
У Арктики есть административные и природные границы, объясняет ведущий научный сотрудник географического факультета МГУ Алексей Маслаков.
Административная граница Арктики — это Арктическая зона России и арктические регионы зарубежных стран. В Арктическую зону России входят Мурманская область, Ненецкий, Ямало-Ненецкий и Чукотский автономные округа, а также некоторые муниципалитеты Карелии, Коми, Якутии, Красноярского края и Архангельской области.
Природная граница Арктики очерчивается либо по летней изотерме июля +10℃ (это линия на карте, в каждой точке которой средняя температура в июле — +10℃); либо по северной границе леса (где начинается тундра и лесотундра). Оба варианта отражают, где заканчивается умеренный климат и начинается арктический.
В то время как Арктика имеет довольно ограниченный и четко прописанный ареал, зона вечной мерзлоты — криолитозона — характерна для полярных и высокогорных регионов нашей страны.
«В европейском секторе Арктики мерзлоты мало из-за влияния тёплого Гольфстрима. Проще говоря, Арктика есть, а мерзлоты нет. В то же время, за Уралом граница мерзлоты резко поворачивает на юг, достигая Монголии. Там уже средние широты (50-60 градусов с.ш.) — то есть далеко не Арктика, но мерзлота еще есть»,— говорит Маслаков. Также мерзлота развита в горах Центральной Азии, на Кавказе, на Тибете, в Андах и даже есть кусочек в Африке (на горе Килиманджаро).
Один из важных индикаторов этого процесса — глубина сезонного протаивания вечной мерзлоты. Это максимальная глубина, на которую верхний слой мерзлоты оттаял за лето.
В 1996 году медианная глубина сезонного протаивания в России составляла около 45 см. К 2023 году она выросла до 70 см — на четверть метра.
Для расчетов мы пользовались данными Международной программы мониторинга САLМ (Circum Polar Active-Layer Monitoring). Их использует в докладах Росгидромет. Эти наблюдения собирают в рамках научных проектов специалисты разных научных команд, в первую очередь, института Криосферы Земли РАН и института Мерзлотоведения СО РАН.
Наблюдения проводятся примерно в 300 точках земного шара на территории 15 стран и на пяти площадках в Антарктике. Все наблюдения ведутся по стандартизованной методике.
В России в разное время наблюдения велись на 75 площадках, из них сегодня действуют 58 площадок. Длительный ряд наблюдений (с 1996 года) есть только у 20.
Хотя программа САLМ заработала в 1995 году, мы берем за начальную точку своих расчетов 1996 год, поскольку в 1995 году было всего лишь шесть наблюдений, а в 1996 — уже 17.
Главная причина того, что верхний слой вечной мерзлоты летом оттаивает все глубже — более долгий теплый сезон и рост летних температур, — объясняет ведущий научный сотрудник географического факультета МГУ Алексей Маслаков.
Но есть и другие косвенные факторы. Если зимой выпадает много снега, он работает как одеяло, и не дает почве как следует промерзнуть — тогда к весне она становится недостаточно охлажденной. Обильные летние дожди дополнительно прогревают грунт и повышают его влажность — из-за этого он лучше проводит тепло. В совокупности эти процессы усиливают глубину сезонного протаивания.
Хотя проект CALM — самый крупный открытый источник данных о глубине сезонного оттаивания, эти измерения могут занижать реальную скорость таяния мерзлоты, объясняет Алексей Маслаков.
Причина в том, что нижняя часть сезонно-талого слоя уплотняется, когда в породах тает лед, при этом наблюдается понижение (осадка) поверхности почвы. Методика CALM измеряет глубину оттаивания металлическим щупом: его втыкают в землю до упора в мерзлоту. Глубина оттаивания при этом считается от поверхности почвы. Но из-за уплотнения нижней части оттаявшего грунта может казаться, что глубина оттаивания почти не меняется, или меняется не так быстро.
Например, на полигоне у села Лаврентия на Восточной Чукотке, где Маслаков проводил наблюдения, щуп показывал увеличение глубины оттаивания всего на 0,4 см в год. Но с учетом осевшей части сезонно-талого слоя оказалось, что верхняя граница многолетней мерзлоты опускалась со скоростью 2,4 см в год.
81% домов в российской Арктике построено до 1999 года — без учета сегодняшней скорости таяния мерзлоты
От стабильности вечной мерзлоты зависит работа всей северной экономики — от добычи нефти и газа до инфраструктуры городов. Таяние мерзлоты может привести к просадкам грунта, разрушению зданий, дорог и трубопроводов, которые были построены с расчетом на меньшую глубину протаивания.
В зоне риска и городская застройка. По подсчетам исследователей, почти вся арктическая жилая застройка (81%) была построена между 1960 и 1999 годами — в условиях, которые сильно отличаются от нынешних.
Самые старые здания сосредоточены в Норильском промышленном районе и Воркуте: там каждый второй дом построен до 1980 года. Самые новые дома — в Ямало-Ненецком автономном округе: 28% построено после 2000 года, с относительно надежными фундаментами.
Более 40% зданий в зоне многолетней мерзлоты уже деформированы. В Воркуте — 80%, в Магадане — 55%, в Диксоне — 35%, в Тикси — 22%, в Якутске и Норильске — 9-10%.
«Доля сооружений, которые подвергаются деформации, растет с каждым годом, и в будущем этот урон будет только увеличиваться», — поясняет Алексей Маслаков.
Минэнерго оценивало ущерб от таяния многолетней мерзлоты к 2050 году в 7 трлн рублей только для городской инфраструктуры. Если принимать в расчет объекты топливно-энергетического комплекса, показатель может быть кратно больше.
Есть и другая проблема: в вечной мерзлоте заключено огромное количество органического углерода. При протаивании этот углерод начинает разлагаться и выделять в атмосферу метан и CO₂, что усугубляет парниковый эффект.
Еще один риск — инфекции. Из-за таяния почвы «законсервированные» в ней вирусы и бактерии высвобождаются. Так, аномально жаркое лето 2016 года привело к тому, что глубина протаивания вечной мерзлоты на Ямале выросла на 10 см. Это могло способствовать вспышке сибирской язвы: тогда в регионе погибли 2,5 тысяч оленей, а из очага инфекции госпитализировали 97 человек, в том числе 50 детей.
Быстрее всего мерзлота тает в Западной Сибири
Самые быстрые изменения происходят в Западной Сибири — регионе, где сосредоточена большая часть газовой инфраструктуры страны. В этой части страны находится семь точек, где глубина таяния растет со скоростью 20 и более см каждые 10 лет.
Две из них расположены южнее города Надым в Ямало-Ненецком автономном округе. Сюда же относятся поселок городского типа Харп, а также бывший поселок Октябрьский возле города Лабытнаги и два месторождения севернее Нового Уренгоя.
Высокая скорость деградации мерзлоты в Западной Сибири объясняется рельефом и геологией региона, объясняет Алексей Маслаков. Это огромная, почти полностью ровная территория, сложенная песками, без гор и глубоких долин, к тому же экономически развитая и поэтому покрытая плотной сетью наблюдений. На такой песчаной равнине мерзлота вблизи своей южной границы реагирует на потепление очень быстро, поэтому здесь фиксируют рекордные скорости опускания верхней границы мерзлоты — от 12 до 170 сантиметров за десятилетие.
«Западная Сибирь — самый освоенный регион российской криолитозоны: здесь активно добывают нефть и газ. И, конечно, оттаивание мерзлоты напрямую влияет на устойчивость инфраструктуры, особенно линейной — автомобильных и железных дорог, нефте- и газопроводов», — говорит эксперт.
По его словам, такие протяженные объекты особенно уязвимы: их сложно контролировать и обслуживать, потому что речь идет о сотнях тысяч километров, пересекающих самые разные ландшафты и зоны мерзлоты. В результате дорога разрушается не целиком, а отдельными участками — и это сильно усложняет ремонт. «За точечными объектами, такими как жилые и промышленные здания, следить проще, потому что они компактно расположены», — объясняет Маслаков.
По подсчетам ученых, 45% месторождений по добыче углеводородов в российской Арктике расположены в зонах с высоким риском разрушений из-за таяния мерзлоты. Всего в зоне риска находятся 1260 км магистральных газопроводов, идущих с Ямала.
Некоторые компании, например, «Лукойл» уже отказываются от части перспективных месторождений, потому что они находились «в зоне чрезвычайно высокого риска из-за таяния мерзлоты».
Быстрее всего глубина таяния растет в городе Надым Ямало-Ненецкого автономного округа — на 62 см каждые 10 лет. Только с 2021 по 2022 глубина таяния мерзлоты в Надыме выросла на 16 см, с 2022 по 2023-й — еще на 11 см.
Это связано с тем, что Надым находится на границе северной тайги или лесотундры, объясняет Алексей Маслаков. «Эта площадка находится вблизи южной границы криолитозоны, где происходят самые сильные изменения. Мерзлота там очень фрагментарная, а скорость оттаивания почвы примерно в два-три раза выше, чем на более высокоширотных территориях, вблизи побережья Северного Ледовитого океана», — говорит эксперт.
Глубина таяния мерзлоты между Ямальскими поселками Харп и городом Лабытнаги увеличивается на 26 см за каждые 10 лет, севернее Нового Уренгоя — на 36 и 26 см каждые десять лет, у города Талнах под Норильском — 13 см за 10 лет.
Этот процесс уже отражается на инфраструктуре: на трассе Салехард — Надым (единственная дорога, связывающая Ямал с большой землей) начался процесс эрозии.
Ученые также отмечали высокий риск повреждения к 2050 году самой северной железной дороги в мире — Обской-Бованенково на Ямале.
Надымский, Пуровский и Ямальский районы Ямало-Ненецкого автономного округа, Тазовский район, Заполярный район Ненецкого АО, Ноябрьск, а также Воркута и Новый Уренгой считаются центрами с наиболее высоким риском для городской инфраструктуры в будущем. Технологические решения вроде термосифонов и теплоизоляции могут снизить угрозы, но их внедрение в таких масштабах требует очень больших затрат.
В Якутии разрушаются фундаменты сельских домов
Если в Западной Сибири страдают в основном многоэтажные постройки, то в Якутии — самом большом по площади российском регионе — разрушаются одноэтажные сельские дома.
В целом процесс таяния мерзлоты в Якутии выражен слабее, чем в Западной Сибири: в центральной части республики потепление идет медленнее. В разных точках медиана глубины протаивания выросла на 2–26 сантиметров, если сравнивать периоды 1996–2005 и 2014–2023 годов.
Самые заметные изменения — на северо-востоке региона, в бассейне реки Колыма, на участках рядом с водоемами и поймами. У озера Глухое протаивание стало глубже на 26 см, у озера Ахмело — на 13,5. В поймах Колымы рост колеблется от 5 до 11 см.
Эти процессы меняют ландшафт региона: увеличивается площадь лесотундры, сокращается площадь арктического побережья, исчезают термокарстовые озера, а самый крупный в мире кратер вечной мерзлоты, наоборот, стремительно увеличивается.
Как и в Ямало-Ненецком округе, в Якутии под угрозой оказываются дороги: около 40% (32 км) федеральной трассы «Колыма» подвержены риску из-за проседания почв.
Но в первую очередь таяние мерзлоты отражается на сельском населении Якутии. Жители якутских сел лишаются своих частных домов из-за деформации грунта. Под их жилищами образуются выступы, которые на якутском языке называют «былларами».
Лед под землей тает неравномерно. В результате на месте когда-то плоской земли образуются «бугорки». Из-за них стены домов могут трескаться, а фундамент разрушаться.
Почти три четверти (72%) опрошенных в 2017 году коренных жителей Центральной Якутии отметили, что фундаменты их домов осели из-за таяния мерзлоты. При этом большинство их них (80%) жили в обычных одноэтажных деревянных домах. В результате в селах начали применять технологию строительства домов на сваях, что ранее было характерно только для городов.
«Центральный район Якутии действительно подвержен риску деформации зданий и их разрушения. Но это в первую очередь связано с тем, что Якутия, в отличие от Дальнего Востока, более заселена, там есть поселения и инфраструктура», — говорит Алексей Маслаков.
Кроме того, таяние мерзлоты приводит к сокращению сельскохозяйственных угодий в регионе. До половины пахотных земель, которые использовались до 1990 года в Чурапчинском и Таттинском районах, больше не пригодны для сельского хозяйства. Обрабатывать такую землю становится невозможно, потому что трактор может провалиться и застрять между «былларами».
Теряют свою функциональность традиционные «ледники» (подземные погреба, или «buluus» на якутском) — оттаивание затапливает их или деформирует.
Население территорий вечной мерзлоты сократится на 61% к 2050 году
По подсчетам исследователей, в 2017 году в зоне вечной мерзлоты жили около 4,94 млн человек. Но к 2050 году, по их прогнозам, на таких территориях будут проживать около 1,7 млн человек. Снижение на 61% связано не с демографическими факторами, а таянием вечной мерзлоты.
Около 70% всей существующей инфраструктуры в арктической зоне находится на территориях, где прогнозируется таяние приповерхностной вечной мерзлоты.
«Если температура мерзлоты продолжит расти, к середине XXI века в России могут оказаться под угрозой разрушения около 18% зданий на этой территории — это примерно 26 миллионов квадратных метров помещений. Это больше, чем в других странах, где есть вечная мерзлота: в Канаде риску подвержены около 13% зданий, на Аляске — 6%, а для Скандинавии или Исландии такого риска не будет и вовсе», — говорит Алексей Маслаков.
На российские арктические регионы, которые покрыты мерзлотой почти полностью, приходится более половины всей территории Арктики и почти половина ее населения. Арктические территории генерируют 10% ВВП России и 20% ее экспорта. Здесь добывается 18% нефти, 90% природного газа, 90% никеля и кобальта, 60% меди и 100% алмазов.
Арктическая стратегия России не учитывает климатические риски
Быстрее всего к таянию мерзлоты адаптируются богатые регионы, в первую очередь — Ямало-ненецкий автономный округ, отмечает Алексей Маслаков.
В этом регионе активно развивают системы мониторинга — датчики температуры и деформации грунта, а также спутниковое наблюдение — чтобы отслеживать, как меняется состояние мерзлоты. Такие шаги уже предпринимают власти ЯНАО: они планируют построить наблюдательные скважины вдоль дороги от Нового Уренгоя до Салехарда. В Красноярском крае аналогичные системы мониторинга создает «Норникель».
Кроме того, крупные компании, работающие в российской Арктике, строят фундаменты на сваях, а также используют «термосваи» — конструкции, отводящие тепло от мерзлого грунта, — и внедряют термостабилизацию грунтов.
Но этих шагов может быть недостаточно. Ученые из НИУ ВШЭ считают, что арктическая стратегия России сосредоточена на экономическом росте и освоении ресурсов, в то время как климатическая политика страны развивается отдельно и не учитывает специфические для Арктики риски.
Стратегия развития Арктической зоны до 2035 года ставит в приоритет добычу ресурсов, развитие Северного морского пути и строительство инфраструктуры («Ямал СПГ», «Арктик СПГ-2»), отмечают исследователи. Изменение климата упоминается лишь косвенно — и чаще как возможность (облегчение доступа к ресурсам), а не угроза.
Климатическая доктрина сосредоточена на снижении выбросов, а не на адаптации к уже происходящим изменениям. Проблемы Арктики в ней практически не отражены, считают исследователи.