Вечная мерзлота не вечна: Обрушатся ли дома в Якутии?

Профессор Университета Аляски Владимир Романовский недавно обнародовал результаты исследований вечной мерзлоты. Выводы, которые он озвучивает, неутешительны: преждевременная оттайка вечной мерзлоты грозит разрушением инфраструктуры российского Севера в ближайшие 30 лет. О том, насколько потепление коснётся Якутии,  ЯСИА рассказал главный научный сотрудник Института мерзлотоведения Георгий Кузьмин.

— Статья ученого Владимира Романовского о разрушении домов в России из-за таяния мерзлоты стала сенсационной. Георгий Петрович, а что вы думаете о ней? Правда ли, что вся мерзлота растает так быстро?

— Я бы не был так категоричен. Тут есть два момента. Во-первых, до сих пор не ясно, будет ли вообще продолжаться потепление климата? Есть те, кто считает, что потепление, которое активно происходит с 50-х годов прошлого века, будет длиться ещё долго. При этом точного прогноза пока нет. Но если оно продлится, то опасность, действительно, существует. Также есть мнение, что этот период подходит к концу, и затем последует похолодание. В этом случае нам ничего не грозит.

Чередование потепления и похолодания — это ведь не только взаимодействие Земли и Солнца, а ещё и других светил, и факторов окружающей нас среды.

— А во-вторых?

— Второй вопрос – практический, и касается того, на какие именно грунты опираются здания. Они могут быть скальными, дисперсными, мёрзлыми и талыми. Около 65% нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. Но нужно учитывать, что некоторые фундаменты стоят на прочных скальных грунтах, с которыми ничего не произойдет и после потепления. Другое дело — дисперсные грунты. Они состоят из мелких частиц, “сцементированных” льдом, в них содержится много влаги —  до 60% и более. При потеплении климата лёд, содержащийся в грунтах, постепенно будет переходить в жидкое состояние, и тогда эти грунты существенно потеряют свою несущую способность.

— Романовский в своей статье сказал, что даёт 30 лет инфраструктуре, построенной на вечной мерзлоте. Может, нам уже пора задуматься о переселении?

— Об исходе говорить пока рано. Обоснованных доказательств о продолжающемся потеплении ещё нет. Но если потепление затянется, то, скажем, в городах, построенных на рыхлых отложениях, как, например, Якутск, это вызовет деформации построек.

— Как конкретно это скажется на каменных зданиях в столице республики?

— Город построен на свайных фундаментах, поэтому нагрузка от сооружения на мёрзлые грунты передается через нижний конец и боковую поверхность сваи. Даже небольшое повышение температуры грунтов приведёт к снижению прочности грунтов, и особенно это скажется на несущей способности по боковой поверхности свай.

Нужно иметь в виду, что растепление грунтов произойдет не вдруг. Чтобы нагреть мёрзлые грунты, солнечной энергии нужно преодолеть ряд препятствий, как минимум, оттаять верхний слой мёрзлого грунта. Для этого требуется большое количество тепла (около 335 кДж на  один килограмм льда). Кроме того, в Якутске грунты песчаные, а значит, не такие сильно сжимаемые при оттаивании в отличие от глинистых.

— Допустим, что все-таки мёрзлые грунты начали таять…

— Здания на сваях спасти будет практически невозможно. Охлаждение грунтов основания слишком затратно. Укрепление фундаментов также очень дорого. Придётся тогда строить дома по другой технологии.

— Какой?

— Есть два принципа использования мёрзлых грунтов в качестве основания сооружений. Первый заключается в сохранении и поддержании определённой отрицательной температуры. Второй принцип допускает оттаивание грунтов. Сейчас почти все сооружения в Якутске построены по первому принципу, то есть на сваях с вентилируемым подпольем. При таком строительстве грунты под зданием зимой сильно охлаждаются, а летом меньше прогреваются. Но сейчас очень часто подполье наглухо закрывают. В результате грунты под зданиями слабо охлаждаются.

— Тогда нужно оставлять сваи открытыми? Это же некрасиво.

— Да, некрасиво. Но подпольное пространство закрывать можно неплотно, ставя “забор” с отступлением от фундамента или прорезать окна на цокольной поверхности, чтобы дать холодному воздуху свободно проходить под здание.

Есть и другой способ — использовать охлаждающие установки. Сейчас в городе у домов можно увидеть установки паро-жидкостного типа. Их устанавливают в высокотемпературные или засолённые грунты. Эти установки обладают высокой эффективностью, но они “капризные” — малейшее нарушение герметичности вызывает утечку легко испаряющейся жидкости, которой их заправляют. Восстановление работы вышедшей установки требует больших затрат и много времени, особенно, если нарушение герметичности произошло в подземной части установки. Считаю, что незаслуженно забыты воздушные охлаждающие установки. Единственный их недостаток – закупорка каналов льдом, в настоящее время устранен. В Институте мерзлотоведения разработана новая надёжная конструкция  воздушной установки.

— А “воздушки” где-то в городе уже используют?

— Ещё нет. Но мы использовали их для других целей.

— Возвращаясь к вопросу о принципах строительства домов. Вы сказали, что почти все дома в Якутске построены по первому принципу, а строятся ли где-то по второму?

— По второму принципу сейчас строят жилые дома на намывных грунтах 203 микрорайона, где при намыве остался мощный слой талого грунта.

— Можно ли распространить эту технологию на те участки, где грунт не оттаял, и на сколько в глубину нужно оттаять почву, чтобы начать строить?

— По второму принципу мёрзлые грунты в качестве основания сооружений используют при наличии в основании скальных или  других малосжимаемых при оттаивании грунтов. При этом предусматривают мероприятия по уменьшению деформации грунтов или приспособлении конструкций сооружения к неравномерным деформациям. Сейчас в Якутске это очень затратное занятие, так как при таких климатических условиях нужно оттаять грунт на глубину влияния фундаментов и сохранять его талым.

Ещё рано строить дома в Якутске с предварительной оттайкой грунтов в ожидании того, что потепление разогреет грунт. Когда факт о глобальном потеплении подтвердится, тогда нам надо будет приступить к экономическим расчётам нового строительства.

— Какие населённые пункты Якутии находятся в зоне самого высокого риска из-за глобального таяния мерзлоты?

— Трудно сказать точно. Сооружения в долинах рек построены чаще всего на рыхлых грунтах, а в междуречьях могут встречаться неглубоко залегающие скальные грунты, на которых можно строить без сохранения мёрзлого состояния грунтов основания.

— Южная Якутия может не беспокоиться?

— Потепление, если оно продолжится, коснётся и южных районов зоны вечной мерзлоты, где оттаивание грунтов произойдет быстрее. Но, с другой стороны, сооружения там возведены с учётом высокой отрицательной температуры, поэтому они меньше пострадают от повышения температуры грунтов при дальнейшем потеплении климата.

— А что на счёт сёл? Пострадают ли деревянные дома?

— В сельской местности частные дома, в основном, деревянные, и они в значительной мере приспособлены к неравномерным деформациям грунтов. Однако если грунты сильно льдистые или содержат ледяные тела, то и деревянные дома при большой неравномерности осадки грунтов при оттаивании могут пострадать.

— Какие вообще у нас инструменты по борьбе с потеплением? Как нам сохранить свою мерзлоту?

— Вопрос экологии сегодня стоит очень остро. Равновесие в природе устанавливалось тысячелетиями и миллионами лет, а человек  своей хозяйственной деятельностью неизбежно его нарушает. Когда мы добываем полезные ископаемые, особенно открытым способом, вызываем различные процессы – обводнение, заболачивание, эрозию, выделение различных углеводородных газов, разрушающих защитный озоновый слой от интенсивной солнечной радиации, и много других процессов.

Нужно использовать энергию возобновляемых источников – ветра, воды, солнечной радиации, гидротермальных вод и т.д.

Мы уже движемся в этом направлении. Разработаны и применяются различные охлаждающие установки, использующие холод атмосферного воздуха, применяются устройства для охлаждения подземных сооружений и т.д.