(Не)Вечная мерзлота: как построить будущее, которое не растает
Вечная мерзлота на самом деле не вечная: климатические изменения постепенно меняют состояние многолетнемерзлых грунтов. Это напрямую влияет на строительство и развитие инфраструктуры в северных регионах. Какие технологии способны помочь человечеству в бережном и надежном развитии территорий в криолитозоне, обсудили участники ежегодной конференции «Нефтегазовая инфраструктура на многолетнемерзлых грунтах».
Прислушаться к земле
В стенах Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) мне показали «капсулу времени». На вид — массивный прозрачный цилиндр с причудливыми белыми узорами внутри, почти арт-объект, на самом деле — история планеты, уникальный ледяной керн возрастом более полумиллиона лет. Российские исследователи добыли его в Антарктиде на глубине больше 3,5 километров Такие образцы пород помогают ученым изучить изменение климата в прошлом и найти способы адаптироваться к нему в будущем.
Крайний Север активно развивается, и не менее важными становятся данные о текущем состоянии мерзлоты. Их получают с помощью систем мониторинга, которые позволяют наблюдать за грунтом в режиме онлайн.
Для правильной оценки происходящих климатических процессов необходим научно обоснованный подход, который станет опорной базой для всех проектов и инфраструктурных решений в зоне вечной мерзлоты. В поисках ответов на природные вызовы Арктики экспертное сообщество должно консолидировать усилия для выработки единых подходов в вопросе адаптации к происходящим климатическим изменениям.
С 2022 года ААНИИ создает систему государственного фонового мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов. Запущено около 60% пунктов наблюдений в 12 регионах страны. На практике это выглядит так: в мерзлоте бурят специальные скважины одинаковой глубины и опускают в них гирлянды из нескольких десятков датчиков, которые измеряют температуру грунта на разных уровнях и передают данные в единый центр, формируя непрерывную картину происходящих изменений под поверхностью.
Так ученые заранее узнают, где и с какой скоростью тает мерзлота, и оценивают риски для зданий, дорог и инженерных коммуникаций. Эти же данные используют в геотехническом мониторинге для контроля состояния грунта под конкретными объектами.
Арктический апгрейд
Вместе с учеными над сохранением вечной мерзлоты работают энергетические компании. В 2024 году «Газпром нефть» создала Центр обустройства и эксплуатации месторождений в криолитозоне. За год специалисты центра разработали и испытали более 20 инженерных и цифровых решений: от умных систем слежения за грунтом до детальных компьютерных моделей, которые могут предсказать поведение объектов на четверть века вперед.
Мы применяем комплексный подход к сопровождению проектов в криолитозоне, который включает изучение недр, мониторинг и прогнозирование изменений многолетнемерзлых пород, а также подбор оптимальных решений для строительства производственных объектов. Создаваемые нами решения помогут в реализации проектов компании, а также внесут вклад в развитие общеотраслевых подходов к безопасной и экологичной промышленной деятельности в криолитозоне.
Например, технические решения с новой высокоэффективной теплоизоляцией скважин снижают тепловое воздействие на окружающие породы во время бурения и сохраняют стабильность грунта. Это решение особенно важно при работе в криолитозоне, где даже небольшие изменения температуры могут влиять на условия эксплуатации объектов.
Еще один пример — программное обеспечение для проектирования фундаментов, которое анализирует геологические и климатические особенности конкретного участка и предлагает оптимальные варианты обустройства инфраструктуры. Такой подход позволяет точнее подбирать под местные условия конструкции, обеспечивать их надежность и снижать расход материалов без потери прочности.
Дома на ножках и опоры из стекла
Важно не только создать цифровую модель объекта, но и построить его в реальных условиях. Если раньше на вечной мерзлоте строили почти вслепую, то теперь у нефтяников есть умные помощники и современные материалы, которые позволяют работать точно и экономно. Вместо тяжелых металлических свай планируется применять легкие и прочные конструкции из стеклопластика. Их боковую поверхность делают шероховатой, чтобы опоры надежно сцеплялись с мерзлой землей. Такие решения уже прошли испытания у компаний «Газпром нефть» и «Роснефть», в ближайшее время легкие сваи начнут активно использовать на энергообъектах в Ямало-Ненецком округе и Красноярском крае. Для ускорения строительства также используют готовые модульные опоры линий электропередачи. Их можно быстро собрать на месте, часто без заливки фундамента.
В случае с фундаментами крупных построек в зависимости от состояния грунта инженеры комбинируют разные решения: свайные конструкции с вентилируемым подпольем (дома на ножках), облегченные фундаменты или композитные элементы. Это позволяет учитывать особенности конкретной площадки и сохранять устойчивость сооружений, не создавая лишней нагрузки на мерзлые грунты.
Чтобы разрабатывать, внедрять и развивать такие технологии, нужны специалисты с особыми компетенциями. Работа в криолитозоне требует от инженеров понимания геологии, климата и современных цифровых инструментов. Такая подготовка уже ведется — в партнерстве промышленности с ведущими российскими вузами.
Сегодня мы вместе с ведущими российскими вузами формируем единую систему подготовки кадров для работы на многолетнемерзлых грунтах. Такое партнерство позволяет готовить специалистов, которые уверенно работают в криолитозоне и владеют современными технологиями проектирования, строительства, геотехнического мониторинга и эксплуатации объектов.
Так шаг за шагом формируется новая культура работы в криолитозоне — где данные, технологии и инженерные решения дополняют друг друга и позволяют безопасно и экологично развивать Арктику с расчетом на десятилетия вперед.