ИСТИНА

Цель работы –оценка и прогноз состояния мерзлых грунтов и развития криогенных процессов на арктическом побережье России по данным стационарных наблюдений.

Increasing temperature of the Arctic air (natural or technogenic) sharply accelerates the development of cryogenic processes and provokes the development of interrelated and interdependent (paragenetic) series of exogenous geological processes, bringing them to catastrophic activity, especially after thawing of ice-rich frozen soils. It contributes to a significant transformation of the relief and landscapes. The existing international circumpolar programs dedicated to monitoring the thermal state of the permafrost TSP (Thermal State Permafrost) and the thickness of active layer CALM (Circumpolar Active Layer Monitoring) do not study cryogenic processes. The aim of this project is to assess and forecast the state of frozen soils and the development of cryogenic processes on the Arctic coast of Russia based on stationary observations. The coast of the Baydaratskaya Bay of the Kara Sea was selected as a test site, where different types of processes (thermal abrasion, thermal erosion, slope processes, heaving, thermokarst, frost cracking) occurring in different geological, geomorphological and geocryological conditions are represented. A huge amount of research has been done by scientists from Russia, the USA, Canada, Europe and China in the world theory and practice of modeling cryogenic processes. But for the further development of these methods, it is necessary to have a continuous series of field observations, which carried out according to the same principle and compiled in a single database. In this regard, an important task is to conduct comprehensive monitoring at test site, which will take into account data on the relief, vegetation, composition, structure, properties of frozen soils (physical, thermal, mechanical), dynamics of soil and air temperature, thickness of active layer, development geocryological processes. These data will allow the development of new methods for forecasting cryogenic processes and the calibration of existing models. The results of this project can be used in the future to create a new international circumpolar program to monitor the dynamics of cryogenic processes.

В результате выполнения проекта ожидается получение следующих результатов: 1) Каталог мониторинга криогенных процессов на стационарах арктического побережья в различных странах, содержащий следующую информацию: - где и какие процессы наблюдаются; - продолжительность и периодичность наблюдений; - локальные особенности мониторинга; - используемые методы мониторинга; - количественные характеристики процессов, установленные в ходе мониторинга (скорости, объемы, площади и другие величины). Такой каталог имеет важное методическое значение для разработки программы стационарных наблюдений за криогенными процессами. 2) ГИС «Окружающая среда уральского берега Байдарацкой губы», в которой будут обобщены и систематизированы имеющиеся к настоящему времени сведения об окружающей среде, необходимые для оценки и прогноза состояния мерзлых грунтов и развития криогенных процессов: - метеорологические данные (температура воздуха по месяцам, осадки и т.д.); - геолого-геоморфологическое строение; - геокриологические условия (криогенное строение, льдистость); - свойства грунтов (физические, теплофизические и механические); - температурный режим грунтов; - развитие криогенных процессов и их количественные характеристики (скорости, объемы, площади и другие величины); - хозяйственная деятельность. Данная ГИС станет научной основой создаваемого стационара, а также базой прогноза. Будет дана оценка характерного времени процессов в данном регионе. 3) Создание на западном побережье Байдарацкой губы ключевого стационара с системой для мониторинга температурного режима грунтов, глубины сезонноталого слоя и криогенных процессов, которая будет включать: - автономную метеостанцию; - сеть термометрических скважин глубиной 10-15 м, в которых измерение температуры грунта будет вестись непрерывно круглогодично в автономном режиме на различных горизонтах; - полигоны наблюдения за СТС на разном удалении от берега моря; - площадки мониторинга криогенных процессов (термоабразия, термоэрозия, склоновые процессы, оседание и пучение, термокарст, морозное растрескивание). На данном стационаре будет отработана методика одновременного комплексного мониторинга «треугольника» основных характеристик криолитозоны (температура грунта, СТС и криогенные процессы), которая в дальнейшем может быть использована для разработки циркумполярной программы такого комплексного мониторинга. 4) Характеристика физических, теплофизических и механических свойств грунтов, которые используются для моделирования. Эти данные будут находиться в открытом доступе на сайте кафедры геокриологии и могут быть применены исследователями для научных (прогноз развития процессов, калибровка существующих методов), так и практических задач (проектирование и строительство инженерных объектов). 5) ГИС криогенных процессов стационара, которая будет объединять результаты мониторинга на площадках и полигонах. При создании ГИС будет предусмотрена возможность ее дальнейшего наполнения и многоцелевого использования при решении научных и практических задач. 6) Оценка динамики состояния мерзлых грунтов и развития криогенных процессов на ключевом участке. Используемые методы анализа ДДЗЗ и полевого мониторинга позволят получить данные о динамике состояния мерзлых грунтов, СТС и развитии криогенных процессов. Сравнение этих данных между собой и с полученными ранее позволит оценить многолетнюю динамику состояния мерзлых грунтов, глубины СТС и развития процессов в последние десятилетия, которые характеризуются активными климатическими изменениями. 7) Оценка климатических изменений за последние годы на близлежащих метеостанциях (Усть-Кара и Марре-Сале), анализ метеорологических данных, полученных в рамках проекта, и их корреляция с наблюдениями на близлежащих станциях. Прогноз изменения климата в районе исследования с использованием различных климатических сценариев. Оценка вклада каждого фактора (климатического, мерзлотно-геологического, морфологического и гидродинамического) на динамику состояния мерзлых грунтов и развития конкретного криогенного процесса. Эти результаты будут использоваться в прогнозе, а в дальнейшем могут лечь в основу численных моделей конкретных криогенных процессов. 8) Прогноз динамики состояния мерзлых грунтов и развития криогенных процессов на ключевом участке. В прогнозе будут предложены различные сценарии (от пессимистического до оптимистического), опирающиеся на возможные изменения климатических параметров на заданную величину. Прогноз может быть использован для стратегического планирования хозяйственного освоения района исследования. Методические подходы прогноза могут быть использованы для других районов Арктики. Таким образом, результаты проекта будут иметь как научную, так и практическую значимость.

Руководитель проекта был руководителем с российской стороны международного проекта SAMCoT (Sustainable Arctic Marine and Coastal Technology), направленного на лучшее понимание особенностей природной среды и ее изменчивости при техногенном воздействии, в рамках которого изучалось побережье Байдарацкой губы в районе строительства трубопровода Бованенково-Ухта. В рамках этого проекта был проведен мониторинг отступания берега в этом районе. Смещения бровки террасы производилось на основе дешифрирования космических фотоснимков (КФС) разных лет и данных DGPS (2013, 2014, 2015 гг.). Данные этих исследований опубликованы в выскорейтинговом журнале (Isaev, 2019). Исследования были поддержаны компанией «Надым-Газпром», которая предоставила доступ к объекту, а также обеспечила проживание на территории своего городка. В настоящее время заключен договор о сотрудничестве между МГУ им. Ломоносова с компанией «Надым-Газпром», по которому можно продолжать исследования и обустроить предлагаемый полигон. В рамках проекта предполагается проведение большого количества экспериментальных лабораторных исследований. Лаборатория кафедры геокриологии оснащена всем необходимым оборудованиям для изучения физических и механических свойств мерзлых грунтов. Имеется 5 холодильных камер для проведения испытаний и хранения образцов, а также автоматизированный универсальный испытательный комплекс Криолаб. В лаборатории работает вспомогательный персонал, который будет помогать в проведении полевых и лабораторных испытаний. На кафедре геокриологии разработаны собственные программы для моделирования теплового режима мерзлых грунтов в различных постановках (ТЕПЛО, Qfrost, Tundra) Все это будет способствовать успешному решению поставленных в гранте задач.

1) Каталог мониторинга криогенных процессов на стационарах арктического побережья в различных странах. Программа мониторинга криогенных процессов, в которой будут определены конкретные методические подходы для наблюдения за каждым видом процесса. 2) ГИС «Окружающая среда уральского берега Байдарацкой губы», в которой будут обобщены и систематизированы имеющиеся к настоящему времени сведения об окружающей среде, необходимые для оценки и прогноза состояния мерзлых грунтов и развития криогенных процессов. 3) Стационар с системой для мониторинга температурного режима грунтов, глубины СТС и криогенных процессов на уральском берегу Байдарацкой губы, состоящий из сети площадок и полигонов, заложенных в ходе полевых работ и уже имеющихся к настоящему времени. 4) Классификационные показатели состава, строения и свойств грунтов, полученные в результате лабораторных исследований проб грунта, отобранных в ходе полевых работ. 5) ГИС криогенных процессов стационара, которая будет объединять полевые данные и результаты съемок на площадках и полигонах. 6) Оценка текущей динамики состояния мерзлых грунтов и развития криогенных процессов, которая будет основана на сравнении результатов полевых работ с данными ДЗЗ, а также архивными и опубликованными данными, полученными ранее.