Валерий Гребенец: Старейшая на планете вечная мерзлота — это район Анабара (Аляска), она существует полтора миллиона лет...
Валерий Гребенец: Этого продвижения на юг практически нет. Все-таки мы не очень сильно добились этих трендов похолодания после голоценового оптимума. И тут еще возникает чисто геологический фактор.
Помните из школьной физики: 1 грамм воды охладить на 1 градус – нужна одна калория. А заморозить ее – нужно 80 калорий. И получается, мы сталкиваемся с теми оттаявшими грунтами, которые содержат суглинки, глины, даже пески в какой-то степени , они содержат влагу. И, конечно, не могут в целом немножечко охлаждаться. А перейти в мерзлое, вечномерзлое состояние для них становится сложно. Ведь мы с вами понимаем по нашему сезонному промерзанию здесь в Подмосковье. Поэтому, пожалуй, можно говорить, что последние 4-6 тыс. лет идет в прежних границах, которые установились в голоценовом оптимуме.
Михаил Флинт: А толщина 2014 территории России вечной мерзлоты какая?
Валерий Гребенец: 1200 метров считается.
Михаил Флинт: Это Сибирь?
Валерий Гребенец: Это анабарский щит. Здесь очень интересный момент. Мы четко различаем вечномерзлые толщи – отрицательное значение температуры и содержат лед, – и мы различаем морозные породы, они отрицательное значение температур, причем могут быть очень низкими, но они не содержат льда. И эти морозные породы, которые не содержат льда… Скала охлаждается – -8, -7, -5, -4 °C. И вот они как раз эти 1200 метров. А вечно-мерзлые толщи, содержащие лед – пожалуй, это 400-600 метров.
Михаил Флинт: Скажите, пожалуйста, потому что вечная мерзлота у нас есть в Канаде , в Европе, в Азии, на Аляске. А если мы посмотрим расположенные такие же по широте континенты и острова, ту же самую Тасманию в Южном полушарии, Австралию, ту же самую Южную Африку, и область, вообще вторгнутая в Антарктиду вот так, это там, где Магелланов пролив, пролив Дрейка, и что? А там нет вечной мерзлоты.
Валерий Гребенец: Там нет вечной мерзлоты. Это во многом связано с установлением как раз зимних антициклональных погод, когда идет выхолаживание. В Монголии она есть. Есть на северо-востоке Китая огромные районы. Именно выхолаживание.
Смотрите, на тех же широтах в Шотландии нет, а у нас она есть.
Михаил Флинт: Да. А на Кольском она Бог знает где, а в Сибири она в Туве.
Валерий Гребенец: 300-400 млн лет назад, когда была единая Пангея, то в Южной Африке мы находим с вами так называемые тиллиты – признак того, что там было оледенение. Давно, когда это было действительно возле полюса, того полюса, который имеется у Земли.
Михаил Флинт: Да. Но сейчас все эти континенты и острова свободны от вечной мерзлоты.
Валерий Гребенец: Теплый хороший океан омывает.
Михаил Флинт: Да. Это тоже один из факторов, потому что колоссальная теплоемкость. Потому что нас ведь движение льда от припая Антарктиды и обратно, сезоны , оно несоизмеримо с площадями, которые замерзают , покрываются льдом в Северном Ледовитом океане.
Валерий Гребенец: Да. И поэтому мерзлота наш союзник. И союзник вот в каком плане. Вымораживание. Не искать какую-то точку опоры, как, допустим, делают вне криолитозоны, или точка опоры для фундамента, во что-то плотно упереться, или за счет сил трения, чтобы не уходил дальше наш фундамент, как в Москве большинство свай за счет того, что сила трения не дает им дальше выходить. Забивают-забивают, и достаточно. Мы вымораживаем. У нас не торец, не основание фундамента. Там какую-то мелочевку несет. За счет боковых сил смерзания. Чем ниже температура, тем больше сила смерзания.
Михаил Флинт: Парадоксальная получается вещь. Я был свидетелем одного фантастического события, когда был молодой, охотился и ходил много по полуброшенным деревням. Остановился у одного дедушки. И он своих пчел на зиму поместил в подвал дома оставленного. Обычное дело. А там обычно картошку хранят, около нуля градусов. В этом подвале – он это где не заметил – торчали пробитые два металлических штыря такой толщины. Холодопровод по этим штырям привел к тому, что у него пчелы погибли. Вы вбиваетесь этот штырь, и этот штырь становится гигантским теплопроводным таким…
Валерий Гребенец: Это не совсем, к сожалению, так. Во-первых, в мерзлоту почти ничего невозможно вбить, потому что лед обладает очень высоким сопротивлением, сжатием мгновенным. Танк проедет по льду, а положить туда килограммовую гирю, через некоторое время она уйдет в лед. Нет длительного сопротивления сжатию. И поэтому технология устройства фундаментов кардинально другая. Там сваи не забивают, там фундамент…
Михаил Флинт: Вы сказали, что вмораживают.
Валерий Гребенец: Вмораживают. Большего, чем будущие сваи, диаметра вначале скважина. В эту скважину вы, например, пускаете какой-то раствор или шлам, и опускаете сваю. И вот эта система вся смерзается.
Михаил Флинт: Понятно. То есть вот это окружение сваи становится теплоизолятором таким?
Валерий Гребенец: Нет, окружение сваи может быть из того же грунта. Оно смерзается с грунтом. А свая у вас может быть деревянная, металлическая, железобетонная, как правило. Они не есть особо проводники холода и тепла, они просто за счет боковых стенок с той естественной мерзлотой смерзлись.
Михаил Флинт: По такому принципу, по-моему, построен этот знаменитый аляскинский трубопровод.
Валерий Гребенец: И не только он.
Михаил Флинт: Но там это сотни километров.
Валерий Гребенец: А то, о чем вы меня абсолютно правильно подводите к мысли, что когда не хватает естественного холода, тогда применяют термостабилизаторы, то есть специальные системы, которые могут дополнительно к этому фундаменту подводить холод. И Трансаляскинский… Сейчас у нас десятки тысяч уже. Знаменитая термосвая Лонга. Там легкокипящая жидкость внутри, она сверху как окошко запотевает внутри трубы. Она начинает стекать зимой. Встречается с мерзлыми , но более теплыми грунтами. Испаряется. Огромный идет забор тепловой энергии. Снова сама по себе поднимается, опять запотевает.
Михаил Флинт: Это холодильник просто какой-то.
Валерий Гребенец: И это холодильник, работающий без энергетических затрат, и они весьма эффективны.
Михаил Флинт: Фантастика!
Давайте вернёмся к вопросу, с которого мы начинали. Сейчас диет похолодание. На фоне этого похолодания идет некоторое потепление, и оно совершенно очевидно. Оно абсолютно очевидно. Я не занимаюсь землей, занимаюсь морем, и я могу сказать, что за последние 30 лет у нас съежилась летняя ледовая шапка арктического океана на 37-40%. Конечно, это касается и области вечной мерзлоты. Чем это опасно? Заболачивание.
Валерий Гребенец: В принципе, заболачивание для природы как развитие, например, термокарстового вытаивания подземного льда и формирования озер, это какой-то в основном природный цикл. Опасно, ну, увеличивается заболачивание.
Михаил Флинт: Оно затрудняет хозяйственную деятельность.
Валерий Гребенец: Затруднит. Но для нас здесь основная печаль в том, что, допустим, вы поводили прекрасные изыскания, построили здания, сооружения в 1970-е, 1990-е, 2000-е годы. Вы рассчитывали, что ваших сил смерзания – например, нагрузка 120 тонн, – вы так устроили вашу сваю по глубине (10 метров), она может нести 150 тонн за счет сил смерзания. И у вас происходит повышение температуры, даже нет протаивания. Силы-то смерзания стали слабее. У вас уже не может держать 150 тонн, она может держать 100. А нагрузка-то 120 тонн осталась. И основные причины массовых деформаций зданий и сооружений в криолитозоне что в России, что в Люнгби – это как раз снижение несущей способности мороженых фундаментов. Это № 1. Заболачивание – № 2. И там, где льдистые толщи , эта вдруг резко активизация термокарста, как пожар. Мы теряем нашу как бы твердь, криолитогенной основы нет.
Михаил Флинт: Это какая-то взаимосвязь, что проникает туда влага? Вот эти потери термокарста с чем связаны? Это же не просто температура воздуха меняется чуть-чуть. Она, наверное, провоцирует какую-то целую серию процессов?
Валерий Гребенец: Допустим, у нас из тысячелетия в тысячелетие , из столетия в столетие приходит лето, столько-то оттаивает (например, 1-1,2 метра в зависимости от района и грунтов, ну, 1,5 метра), а зимой это опять промерзает. Оттаивает, промерзает, оттаивает , промерзает. Но если есть общий тренд к потеплению, то у вас уже не 1,2-1,5 метра, а 1,8-2 метра. Как правило, верхний горизонт той вечной мерзлоты сильно девственны. И вы вдруг входите не в это ваше квазистационарное состояние.
Михаил Флинт: Сезонно стационарное.
Валерий Гребенец: Да. А вы входите в толщу вечной мерзлоты, в которой могут быть просто льды.
Но что такое льдистость 40-60%? Это из 1 метра 40 см льда. И, конечно же, мерзлота водоупор, по сезонно талым условиям вода просачивается к ней, и здесь она вдруг попадает в царство льда. Это как пожар, это как карст, только термокарст. Лед начинает таять, уменьшается в объеме на 9%, формируются воронки, воронки заполняются водой, а дальше он самоподдерживающийся.
Михаил Флинт: Я читал про это, дальше начинаются и горизонтальные потоки воды, и это распространяется действительно как пожар на соседние районы, если говорить образно?
Валерий Гребенец: Да.
Михаил Флинт: Валерий Иванович, хочу коснуться вопроса об эмиссии парниковых газов при таянии криолитосферы. Как вы это оцениваете? И вообще вклад этих процессов, и вообще их значение?
Валерий Гребенец: Сама по себе мерзлая толща, вечная мерзлота, если бы условно сжать их как губку, то этих парниковых газов метана или углекислого газа сами по себе они содержат очень мало, какие-то доли процента от якобы возможного гипотетического выброса этих газов. Само содержание. Но мы с вами говорим об эмиссии, это немножко другое. То есть они начинают оттаивают. Допустим, увеличивается сезонный талый слой, или протаивает вечная мерзлота. А исследование Пущинских коллег, потом позже исследование американцев, коллеги Гельчинского, показали, что в вечной мерзлоте десятки тысяч лет живут и сохраняются в анабиозе эти метанопродуцирующие бактерии. И как только начинается оттаивание, освобождаются эти богатый органикой – и торф, и листочки всякие, мелкие лабильные углероды, – они начинают активизироваться.
Михаил Флинт: А субстрат у них есть.
Валерий Гребенец: Да. Он сохранился в вечной мерзлоте. Это какие-то орешки, палочки.
Михаил Флинт: И остатки животных организмов.
Валерий Гребенец: И все, что угодно. Поэтому эта вещь неоднозначна. Мы не ждем какого-то взрыва метановой или еще какой-то бомбы, потому что, ах, четырех-шестиметровые торфяники под Воркутой прямо протают, и здесь все заволочёт дымом.
Михаил Флинт: Вы затронули очень интересную проблему. Она говорит о том, что к таким природным явлениям ни в коем случае нельзя подходить механистически. Баланс сошелся, сосчитали – столько-то тепла. Вот то, что вы рассказали про развитие растительности. Это важнейшая вещь. Если происходит то же самое подтаивание, заболачивание, то происходит развитие не только куста, а вообще мощнейшей подушки мхов сверху, у которых , конечно, теплоизоляция. Мы используем эти мхи для изоляции домов. И без рассмотрения всего комплекса процессов…
Валерий Гребенец: Этот фактор недооценен. Неожиданное усиление протекторной роли новой растительности, и та ледовая завеса, которая в верхней части вечной мерзлоты.
Михаил Флинт: Как ученый, который занимается криолитосферой, как считаете, какие главные вопросы стоят, что может сделать наука, чтобы продвинуться кардинально понимании того, что происходит в современной криолитосфере и в прогнозе?
Валерий Гребенец: Чем, у меня много окажется проблем. Сосредоточусь на главном. Одну из них мы только что затронули. Это действительно вещь. Точная, детальная, количественная и прогностическая оценка тех возможных изменений, связанных с современными трендами в климате. Здесь нам не хватает очень хороших количественных методов подхода, потому что задачи сложные, задачи связаны с фазовым переходом в многослойной среде, и задача должна быть трехмерная, если что-то посчитать красиво на суперсовременных компьютерах. Не в обиду братьям по разуму математическим физикам, они даже эту задачу еще корректно не поставили. Поэтому мы обходимся частными двухмерными задачами.
В инженерном мерзлотоведении, считаю, два аспекта. Во-первых, аспект точечного прогнозирования температуры и несущей способности для вновь возводимых объектов. Во-вторых, это грамотный выбор технологии строительства. И вещь, которая знакома и океанологам-специалистам, связана с термоабразией льдистых берегов. Мы теряем такую огромную территорию каждый год. В некоторых районах, например, на Чукотке, да и Варандей, где наши месторождения. Это проблема, которая трудноразрешима и труднопрогнозируема.
Михаил Флинт: Но хотя бы прогнозировать ее хотелось, потому что при такой антропогенной активности в Арктике эта проблема вообще оценки перспектив развития , деградации или, наоборот, стабильность этого мерзлотного щита и термоабразии берегов – это ведь проблема № 1. Вы привели прекрасный пример, что люди, которые строили все эти сооружения 30 лет назад, они их строили с запасом, но не имея в виду никакого прогноза. Может быть, тогда не надо их винить? Может быть, тогда такого прогноза не было?
Валерий Гребенец: Не только они, но и норвежцы, и канадцы…
Михаил Флинт: Я вообще имею в виду.
Валерий Гребенец: …строят по существующим нормативам. Ведь вы же не можете заложить сваю глубиной 100 метров, когда вроде расчет вам показывает на 12 метров. Вот в чем здесь проблема.
Михаил Флинт: Вот наука, вот где она нужна, потому что без прогноза в такой подвешенной среде…
Валерий Гребенец: Очень динамичной.
Михаил Флинт: Это касается и вечной мерзлоты, и абразии берегов , и того, что происходит на арктическом шельфе, который в значительной степени тоже покрывает мерзлотный щит.
Валерий Иванович, спасибо вам огромное. Прекрасная получилась у нас беседа. Спасибо, что вы нашли время. Я знаю, у вас сейчас экзаменационный бум.
Валерий Гребенец: Защиты. Спасибо вам, что пригласили.