Как ученые следят, чтобы Ямал не ушел под землю

В мире в Арктике живут более 5 млн человек. В российской Арктике — более 2 млн, из них более 1 млн живут в населенных пунктах, расположенных на вечной мерзлоте. Мерзлота тает из-за глобального потепления и людей, которые на ней поселились. Журналистка Наталья Парамонова, фотограф Евгения Жуланова и блогер Дарья Чекальская отправились в столицу Ямала, чтобы увидеть, как там создают первую систему мониторинга мерзлоты.

Когда мы только сели обсудить наше путешествие в Салехард, мы думали, что российские города на мерзлоте — это разруха. Наши иллюзии развеял мерзлотовед Глеб Краев. В марте 2021-го он переехал в Салехард, до этого работал в полярных городах Швеции и Канады. Глеб сказал, что столица Ямала похожа на Санкт-Петербург, вовсе не уныла и удобна для жизни.

Еще наше воображение занимали коровы. Мы прочитали, что их разводили в Салехарде в советские времена. Коровы отрыгивают и пукают метаном. Этот парниковый газ более чем в 20 раз усиливает парниковый эффект, чем СО₂. На планете живут почти 1,5 млрд коров — каждый год они поставляют в атмосферу 3-4 млрд тонн СО₂.

Как выглядит Салехард

В ямальской столице нет того, чем славится Ямало-Ненецкий автономный округ, — нефтяных и газовых месторождений и трубопроводов. Зато много музеев.

Салехард расцвел в 1960-е, когда со всего Союза сюда потянулись молодые специалисты, чтобы открывать новые месторождения полезных ископаемых. Геологи гордились тем, что живут в единственном в мире городе, расположенном на границе Полярного круга.

Освоение арктических территорий поставило вопрос — как не растопить мерзлоту. Люди додумались строить дома на сваях и применять системы охлаждения грунтов.

Сегодня, в эпоху глобального потепления, температура в Арктике растет в четыре раза быстрее, чем где-то еще на планете. Впрочем, не только изменение климата виновато в таянии мерзлоты. Главная причина — нарушение норм строительства и эксплуатации объектов. Например, к зданию, построенному на сваях, делают пристройку на грунте. Мерзлота тает — и пристройка «заваливает» все здание. Отсутствие обследований грунта, а также протечки канализации и водопровода тоже грозят разрушением домов и инфраструктуры.

Даже идеально построенный город усиливает изменение климата. Если бы не было домов, отопления и труб с горячей водой, воздействие на мерзлоту было бы гораздо меньше. Города становятся островами тепла, которые ускоряют таяние грунта.

Павловский пирог

В 2005 году Павел Константинов окончил географический факультет МГУ. Он собирался заняться наукой, но тогда она была мало кому нужна — ученым не платили. Павел поработал метеорологом в Гидрометцентре, редактором новостей на «Метео.тв», потом ушел в бизнес. Через несколько лет его все-таки утянуло в науку. Павел вернулся в МГУ на географический факультет и стал заниматься исследованием климата городов в России, а потом и во всем Заполярье.

В 2013 году Павел придумал проект по изучению влияния арктических городов на климат. Он в соавторстве с коллегами из Москвы и норвежского Бергена предложил рассматривать поселения за Полярным кругом как «горячие точки», где идет борьба за будущее человечества в Арктике. Как будто мерзлота — огромный белый лист бумаги, а города — разбросанные на ней угли. При таком сравнении становится ясно, что не только мерзлота влияет на города, но и город на нее.

Рассказывая о том, как ему в 2016 году пришла идея проекта, Павел вспоминает байку о Поле Маккартни: «Полу приснился человек на пылающем пироге, и тот ему сказал: „Вы будете называться Beatles через „a““. У меня было почти так же. Во сне мне явился человек на пылающем пироге и сказал: „Вы будете изучать острова тепла арктических городов, потому что их никто никогда не исследовал“».

Климат города зависит от температуры, влажности и изменчивости его поверхности. А еще — от системы отопления. Он может значительно отличаться от климата окружающих районов. Однако в полярных городах почти нет «городских» метеостанций. В 2017 году из сотни арктических населенных пунктов по всему миру они были установлены только в Уткиагвике (до 2016 года — Бэрроу, Аляска), а также в пригородах Норильска и Апатитов Мурманской области. Для изучения климата нужна статистика за долгий период. Три полярные станции работали с перерывами — данных было недостаточно.

Когда российскому ученому приснился его проект, в России появилось недорогое, но надежное оборудование — автоматические метеостанции. Их стали использовать в Апатитах, Воркуте, Салехарде, Надыме и Новом Уренгое. Климат в этих городах — холодный и влажный. С помощью датчиков ученым предстояло узнать, что это значит для тысяч жителей и как меняется многолетний режим погоды.

— Паша, мы пришли по адресу, а тут заборы. Где ваша метеостанция? — мы стоим у забора возле дома 40 по улице Пушкина.

Павел сообщил, что метеостанция находится за высоким забором, чтобы ее не сломали и не украли. По воскресеньям она не работает, а мы приехали как раз в воскресенье. Тишина, снег, лают собаки, по растаявшей дороге шуршат шинами редкие машины.

Мы начали штурмовать забор.

— Видишь палку? Сверху вертится? Это она.

Справа от дома действительно торчит «белая палка». На ее оголовке крутится флюгер — датчик ветра. Сфотографировав устройство, мы отправляемся на метеостанцию Росгидромета, расположенную на окраине города, в районе аэропорта.

Павел рассказал, что не только в Салехарде датчики вынесены за черту города. До недавнего времени так было в большинстве городов планеты, потому что ученые измеряли естественную погоду. Станция Росгидромета занимает внушительную территорию с несколькими площадками измерений. Если у Павла работает один контрольный пост, то тут несколько. Они следят за «природной» температурой. Когда людям стало интересно, какая она внутри города, там стали появляться свои площадки для наблюдений.

За год работы станция в Салехарде показала, как город меняет климат и как меняется климат в городе. Выяснилось, что наибольшее влияние оказывает отопление. Зимой температура на улице и в домах отличается на 40°C. Топят же в Арктике 250-290 дней в году. В среднем температура в арктических городах на 1-1,5 градуса выше, чем в пригороде. Иногда в самом Салехарде может быть на 5-7 градусов теплее, чем в окрестностях.

Остров тепла нагревает поверхность — мерзлота тает, возникает угроза обрушения домов и инфраструктуры. Что человеку хорошо — мягкая зима и много солнечных дней в году, то мерзлоте — смерть.

Мерзлота погибает?

— Не умирает, а деградирует, — поправляет Глеб Краев.

Мы разговариваем с ним в трехэтажном здании Научного центра изучения Арктики на улице Республики — главной в Салехарде. Из окна виден берег реки и снег. Глядя на эту монументальную картину, невозможно представить, что под нами тающая мерзлота. Подо льдом Полуй впадает в Обь. Тут я замечаю, что окно открыто. Казалось бы, те, кто девять месяцев в году живет в условиях холода, должны дорожить теплом. Однако дешевый газ позволяет топить так, что форточку можно распахнуть в каждом доме Салехарда.

Два года назад в Научном центре изучения Арктики появился сектор криосферы. Его возглавил физик Ярослав Камнев из Новосибирска, позже к нему присоединились камчадал Глеб Краев и математик из Алтайского края Александр Шеин. Втроем они создают автоматическую систему мониторинга многолетней мерзлоты.

Раньше мерзлота и ее будущее волновали только разработчиков месторождений, говорит Ярослав. Мониторинг и слежение за состоянием грунтов были налажены вблизи трубопроводов и скважин, приносящих прибыль. За состоянием грунтов в городах пытались следить лишь в Норильске и Якутске. Однако, в конце 20 века стало ясно, что специалисты поедут на Ямал в комфортабельные дома, им также нужны социальные объекты — школы, ясли, детские сады, дома культуры, административные здания, музеи. Ямал развивался, велась разработка месторождений, а комсомольцев уже не осталось, люди хотели получать хорошие деньги и жить в хороших условиях. Деревянные здания, которые строились в советские времена стали разрушаться, надо было строить новое и встал вопрос как строить и как следить за мерзлотой. Чтобы повысить прогнозируемость аварий и безопасность жителей, губернатор Ямала создал лабораторию криологии Земли и геотехнической безопасности, которая работает на администрацию ЯНАО, а не на компании.

— Мы планируем создать сеть стационаров и полигонов для наблюдений за мерзлотой в естественных условиях рядом с городами и крупных поселках, где ведут капитальное строительство. Также мы разрабатываем автоматизированную систему мониторинга мерзлоты, которую надо устанавливать под каждое большое здание. Все это позволит понять, что происходит в конкретном месте у каждого дома, под каждой дорогой. Тогда можно будет делать качественные прогнозы, чтобы не допускать разрушения домов и решать, как тут дальше жить, — сказал Ярослав и уткнулся носом в компьютер, куда в реальном времени поступают данные с датчиков под четырьмя зданиями.

— Первый прогноз по домам, которые мы уже мониторим, дадим в 2023-2024 году, — добавил ученый.

Прогнозировать поведение мерзлоты сложно — она слишком разная по составу. Где-то вкрапления мерзлых грунтов, где-то песок, скалы, где-то больше, а где-то меньше льда, включается в разговор Глеб.

— Нам нужно понять, как мерзлота реагирует на каждый градус повышения температуры, на все большее количество снега зимой. Снег греет мерзлоту, и она тает, — поясняет Глеб.

Мерзлотный детектив

Для установки оборудования администрация Салехарда выбрала несколько жилых домов, все работы согласовали с управляющими компаниями. Ученые стали устанавливать датчики: лазать по подвалам, бурить скважины, спускать в них термокосы — длинные канаты с оборудованием для измерения температуры. Когда жильцы увидели это, они взбунтовались — люди подумали, что такие действия навредят их дому и он провалится под землю. Ученым пришлось свернуть работы.

Жильцы четырех других домов согласились оборудовать подвалы системами автоматического мониторинга грунтов. Каждые три часа ученые получают данные о том, что происходит под каждым строением.

Вместе с Александром Шеиным мы отправляемся смотреть подполье дома на улице Зои Космодемьянской, где датчики фиксируют повышение температуры почвы. Мы открыли дверь, обитую тонкими оцинкованными листами, чуть пригнулись и нырнули внутрь. Александр повел нас к датчикам. Пробраться к ним мешали балки и ледяное поле, похожее на стекший с гор ледник.

— Видимо, течь. Вон сколько замерзшей воды. Понять, почему на мерзлоте поплыл дом, можно только пробурив скважины рядом с ним. Может, сгнили сваи, образовался талик (растаявшая мерзлота. — Прим. Plus-one.ru), произошла протечка. А, может, кто-то сделал пристройку к дому без проветриваемого подполья, — рассказал Александр.

К примеру, в Салехарде есть остановка, рядом с которой асфальт меняют каждый год. Наверное, такая есть в каждом городе страны. Но здесь дело не в плохом качестве работ, а в том, что при оттаивании мерзлоты лёд превращается в воду и утекает — и грунты проседают.

Ученые говорят, что система мониторинга мерзлоты, которая появится в Салехарде, будет уникальной. Еще с советских времен в городе остались наблюдательные скважины под трубопроводами и другими объектами нефтегазовой инфраструктуры. Большинство из них обслуживается в ручном режиме — пришел, замерил, ушел. Автоматическое наблюдение почти нигде не ведется. Если разработка окажется успешной, ее предложат добывающим компаниям, чтобы повысить качество слежения за состоянием объектов и снизить риски аварий. Наблюдение будет полностью автоматизировано — ученые смогут контролировать состояние грунтов подо всеми объектами. Система способна охватить весь Ямал.

Где же коровы?

Попытка описать драматическое влияние коров на климат не увенчалась успехом. По прилету в Салехард выяснилось, что коров тут нет. Они живут на ферме неподалеку от города — в поселке Аксарка. Попасть в коровник сложнее, чем на военную базу. Когда мы приехали, коровник был закрыт, окрестные поля пустовали. Местные жители рассказали, что управляющие боятся приезжих как огня, потому что им всюду мерещатся «„зеленые“, которые хотят освободить коров». Снова штурмовать забор мы не решились.

Мы поехали на конную ферму, надеясь компенсировать коров другими копытными. Фермер пояснил, почему на ферму в Аксарке нам не попасть. Он показал ролик с коровами, стоящими по колено в навозе, потому что сломалась автоматическая система откачки. Из местных новостей мы узнали, что коровья ферма действительно проблемная: долгое время навоз из нее стекал прямо в Обь, а потом система и вовсе сломалась... В общем, не коровы в Салехарде угрожают климату, а коровам угрожают хозяева.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.