ИСТИНА

Около половины протяженности берегов арктических морей России сложено дисперсными мерзлыми отложениями и охвачено процессом термической абразии. В естественных условиях морей Российской Арктики такие берега могут разрушаться со скоростью от 1 до 3 м в год. Одним из следствий глобального потепления климата является заметная активизация в последнее десятилетие абразии и термоабразии берегов, обусловленная изменением термического и ветро-волноэнергетического режимов, а также повышением уровня моря. Особенно заметно потепление климата проявляется в динамике берегов, сложенных многолетнемерзлыми грунтами. На некоторых участках арктических морей России в последние годы такие берега разрушаются с катастрофически высокой скоростью - до 5-10 м в год. Экзарация (выпахивание) – деструктивное механическое воздействие льдов на подстилающую поверхность. Механическое воздействие на берега и дно замерзающих морей связано с динамикой и дрейфом морских льдов, их подвижностью, торошением и стамухообразованием под влиянием гидрометеорологических факторов и рельефа береговой зоны. Экзарация захватывает участки береговой зоны до 15-20 м выше уровня моря на суше и до глубин 15-30 м на дне, а в ряде регионов даже до глубин 50-65 м. Ледяные торосистые образования, сформировавшиеся из многолетних морских льдов высокой прочности, при своем движении под действием течений, ветра, нагрузок ледяных полей, способны выпахивать дно на глубину до 4 м. Обустройство месторождений и создание инженерных объектов, необходимых для хранения и транспортировки углеводородов в суровых условиях Арктики диктует необходимость полноценного учета природных факторов, определяющих геоэкологическую и геотехническую безопасность. Однако, как показывает практика, в большинстве случаев строительство и эксплуатация этих объектов ведется без учета морфо- и лито-динамических особенностей прибрежно-шельфовой зоны. Техногенные нарушения приводят к активизации разрушительных береговых процессов, которые могут серьезно осложнить условия промышленного освоения береговой зоны, вызвать значительные непроизводственные затраты на ликвидацию негативных последствий и восстановление нарушенных экосистем. Под влиянием человеческой деятельности темпы разрушения берегов могут заметно увеличиваться – в 2-3 и более раз, достигая катастрофических значений. Параллельно отступанию береговых уступов вслед за продвижением динамически активной зоны в сторону суши имеет место и абразия на подводном склоне. Последнее обстоятельство представляет серьезную опасность для линейных гидротехнических сооружений, пересекающих береговую черту, таких, например, как подводные трубопроводы и кабели связи, которые могут стать уязвимыми для ледовых воздействий. Игнорирование влияния природных факторов, в том числе, термоабразии берегов и экзарации дна ледяными образованиями, может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций, природных и техногенных катастроф, устранение последствий которых как технологических, так и экологических, может резко снизить рентабельность добычи сырья. Под угрозой разрушения оказываются эксплуатирующиеся объекты, а в ряде случаев невозможным становится строительство новых объектов. Хозяйствующие компании несут вынужденные непроизводственные затраты на защиту и перенос объектов нефтегазового комплекса на другие участки. Чтобы избежать описанных выше последствий необходимо качественно повысить уровень проектирования и строительства объектов обустройства в прибрежно-шельфовой зоне Российской Арктики с учетом развития опасных и неблагоприятных процессов, активизация которых в условиях изменения климата и техногенного прессинга может привести к возникновению природно-техногенных катастроф. В свою очередь, грамотное проектирование, строительство и эксплуатация таких сооружений невозможно без достоверных оценок и грамотного прогноза масштабов, параметров и скоростей развития указанных процессов и явлений, которые возможно получить исключительно на основе комплексного мониторинга. Достоверные оценка и прогноз масштабов развития опасных для человеческой деятельности термоабразии и ледовой экзарации на фоне климатических изменений не возможны без разработки единой системы комплексного мониторинга термоабразионных и ледово-экзарационных процессов в прибрежно-шельфовой зоне морей Российской Арктики. Согласно строительным нормам и правилам мониторинг динамики берегов должен осуществляться на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации объектов инфраструктуры и гидротехнических сооружений, располагающихся на берегу или пересекающих береговую линию. Методы мониторинга динамики берегов в целом разработаны применительно к умеренным широтам. Мониторинг динамики берегов в условиях криолитозоны имеет свою специфику, определяющуюся развитием термоабразионного процесса. В этой связи развитие методов и технологий мониторинга термоабразии берегов представляется чрезвычайно важным. Вопрос же мониторинга ледово-экзарационных процессов в прибрежно-шельфовой зоне проработан значительно хуже. Нормативные документы, регламентирующие методы и технологии мониторинга ледово-экзарационных процессов, еще находятся в стадии разработки. В действующих «строительных нормах и правилах» этому вопросу посвящен один абзац в разделе «литодинамические процессы». Появление этого абзаца именно в разделе посвященному береговым процессам неслучайно, так как именно в береговой зоне эти процессы (термо) абразии и ледовой экзарации тесно связаны между собой и должны исследоваться в комплексе. И именно поэтому, представляется целесообразной разработка именно единой системы комплексного мониторинга этих процессов. Таким образом, заявленный проект направлен на решение важной научной проблемы динамики рельефа прибрежно-шельфовой зоны арктических морей, обусловленной термоабразионными и ледово-экзарационными процессами, активизация которых в условиях изменения климата может приводить к возникновению природных и техногенных катастроф. В настоящее время в России и в мировой практике отсутствует «единая система комплексного мониторинга термоабразионных и ледово-экзарационных процессов». Впервые предполагается связать в единую технологическую систему имеющиеся в данной области знаний ранее разрозненные опытные результаты, методы и технологии. В этой связи поставленная задача является новой, а разработка единой системы комплексного мониторинга термоабразионных и ледово-экзарационных процессов в прибрежно-шельфовой зоне морей Российской Арктики, имеет большое значение и актуальность как для науки, так и практики. Предшествующие многолетние исследования авторского коллектива показали, что наиболее эффективным подходом к изучению динамики термоабразионных и ледово-экзарационных процессов в прибрежно-шельфовой зоне арктических морей является создание «единой системы комплексного мониторинга». Интеграция и адаптация друг к друг методов мониторинга термоабразионных и ледово-экзарационных процессов позволит значительно снизить стоимость таких работ и оптимизировать их проведение. Итогом работ по гранту должен стать проект «руководства по методам комплексного (совместного) мониторинга и термоабразионных и ледово-экзарационных процессов».

About half of the coasts of the Russian Arctic seas are composed by perennially frozen loose deposits and are vulnerable for thermal abrasion. In the natural conditions of the Russian Arctic, such coasts can retreat with rates of 1-3 m per year. One of the consequences of the global climate warming is considerable increase of wave abrasion and thermal abrasion in the last decade. It is determined by changes in the thermal and wave energy regime and by the sea level rise. Climate warming is most brightly expressed in the dynamics of the coasts composed by perennially frozen grounds. On some sections of the Arctic coasts, rates of retreat reach 5-10 m per year. Ice gouging is destructive mechanical action of sea ice on the underlying surface. The mechanical action on the coasts and bottom of the freezing seas is connected with the dynamics and drift of sea ice, its mobility, hummocking and formation of stamukhas under the influence of hydrometeorologic factors and of the relief of the coastal zone. Ice gouging can act in the coastal zone up to 15-20 m a.s.l. on land and up to depths of 15-30 m, or even 50-65 m, on the bottom. Hummocky formations, created from multiannual sea ice with high resistance can make ice gouges of up to 4 m depth on the bottom during their movement with the currents, wind and due to mechanical interaction with ice fields. Constructing of oil and gas fields and creating facilities for conservation and transportation of carbohydrates in the severe Arctic conditions require a complete assessment of natural factors determining geoecological and geotechnical safety. However, as experience shows, in most of the cases, these objects are constructed and operated without taking into account the morpho- and lithodynamic conditions of the coastal zone. Technogenic disturbances lead to the activation of destructive coastal processes which can seriously complicate the conditions of the industrial development of the coastal zone, and lead to considerable expenses for the elimination of negative consequences and restoration of the damaged ecosystems. Under human action, the rates can double or even triple. Along with the retreat of the coastal cliffs, abrasion of the underwater slope occurs as well, following the movement of the dynamically active zone landwards. Such process is dangerous for linear hydrotechnical facilities crossing the coastline, such as underwater pipelines and cables which can become vulnerable for ice gouging. Ignoring the influence of natural factors, in such, thermal abrasion of the coasts and sea bottom ice gouging can lead to emergency situations, natural and technogenic catastrophes, the elimination of the consequences of which, both technologic and ecologic, can abruptly decrease the profitability of mineral resources production. Operating objects can be at risk of abandoning; in some cases, construction of new objects becomes impossible. Companies are obliged to spend non-manufacturing costs on protection and replacing the objects of the oil and gas complex to other areas. To avoid the consequences described above, it is necessary to qualitatively upgrade the level of design and construction of infrastructural objects if the coastal and shelf zone of the Russian Arctic taking into account the dangerous and unfavorable processes, the activation of which due to climate change and technogenic pressure can result in natural-technogenic accidents. In its turn, reasonable design, construction and operation of such facilities is impossible without reliable estimations and competent forecast of the scales, parameters and rates of the mentioned processes, which can only be obtained in the framework of comprehensive monitoring. Reliable estimation and forecasting of the development of thermoabrasion and ice gouging, dangerous for human activity, taking into account the recent climatic changes are impossible without the development of a comprehensive monitoring system of thermoabrasional and ice gouging processes in the coastal-shelf zone of the Russian Arctic seas. According to the Building regulations, monitoring of coastal dynamics should be executed on all stages of designing, construction and operation of the infrastructure object and hydrotechnical facilities situated on the coast or crossing the coastline. The methods of coastal dynamics monitoring are generally developed for temperate latitudes. In the cryolithozone, specific methods should be applied, taking into account the development of thermal abrasion. In connection to this, the development of methods an technologies of thermal abrasion monitoring is extremely important. The question of ice gouging processes monitoring is less elaborated. The normative documents regulating the methods and technologies of monitoring of the ice gouging processes are still in the stage of development. In the acting Building regulations, one paragraph in the section "lithodynamic processes" is attributed to this question. Its appearance in this section devoted to coastal processes is not occasional, because namely in the coastal zone, these processes (thermal abrasion and ice gouging) are closely connected and should be studied together. Because of this, developing a united system of comprehensive monitoring of these processes is reasonable. The project aims therefore towards solving an important fundamental problem of the dynamics of relief of the coastal and shelf zone of the Arctic seas determined by thermoabrasional and ice gouging processes, the activation of which in the conditions of climate change can lead to natural and technogenic disasters. At present, in Russia and in the worldwide practice, there is no "united system of comprehensive monitoring of thermoabrasional and ice gouging processes". It is suggested for the first time to associate different results of experience, methods and technologies existing in this field of knowledge in one technologic system. In connection to this, the set task is new, and the elaboration of a united system of comprehensive monitoring of thermoabrasional and ice gouging processes in the coastal and shelf zone of the Russian Arctic seas is important and relevant both for fundamental and applied studies. Previous long-term investigations of the team of authors have shown that the most effective approach to the studies of thermoabrasional and ice gouging processes in the coastal-shelf zone is the creation of the "united system of comprehensive monitoring". Integration and adaptation of the methods of monitoring of thermoabrasional and ice gouging processes to each other will allow to considerably decrease the costs of such work and optimize their conduction. The result of the work within the present grant will be a project of the "Guidelines on the methods of monitoring of thermoabrasional and ice gouging processes".

В результате НИР по проекту РНФ должна быть разработана единая система комплексного мониторинга термоабразионных и ледово-экзарационных процессов, которая позволит оперативно (на момент съемки) получать представление о динамике рельефа прибрежно-шельфовой зоны в целом. Последний аспект представляется чрезвычайно важным, так как позволяет проследить интегральный (результирующий) эффект от воздействия обоих факторов. Система будет базироваться на разработанных ранее рабочей группой «динамики берегов и дна арктических морей» и внедренных на объектах нефтегазового комплекса технологии мониторинга динамики термоабразионных берегов и технологии геофизической съемки ледово-экзарационного микрорельефа дна, которые предполагается объединить на базе современных приборных решений, появившихся в последние годы. Исследователи и проектировки получат возможность увидеть единое строение прибрежно-шельфовой зоны в формате 3D и в надводной и подводной части. Соответственно, многолетний мониторинг прибрежно-шельфовой зоны позволит проследить динамику рельефа под воздействием термоабразионных и ледово-экзарационных процессов, развитие которых активизировалось на фоне глобальных климатических изменений. В результате можно будет верифицировать гидрометеорологические модели, что даст возможность разрабатывать для проектировщиков и строителей достоверный прогноз динамики рельефа прибрежно-шельфовой зоны для различных, в том числе экстремальных сценариев изменения природной среды и климата. Широкое внедрение единой системы мониторинга прибрежно-шельфовой зоны на нефтегазовых и нефтегазотранспортных объектах повысит уровень геоэкологической и геотехнической безопасности и несомненно даст большой экономический эффект, приведет к снижению рисков возникновения чрезвычайных ситуаций и катастроф природно-техногенного происхождения.

В результате экспедиционных и теоретических исследований нами получены новые знания о строении и свойствах мерзлых пород, закономерностях развития криогенеза на побережье и шельфе арктических морей, о современном состоянии верхних горизонтов субаквальной криолитозоны, связанном с береговыми криогенными процессами и мерзлотно-климатическими условиями. Разработана нелинейная теория динамики криогенных берегов в переменных климатических, мерзлотно-геологических и морфологических условиях. Впервые предложены принципы моделирования и методы прогнозирования развития деструктивных криогенных процессов на побережье арктических морей в нестационарных климатических условиях и с учетом техногенных воздействий. Методика описания нелинейных эффектов воздействия циркуляционных и термических составляющих климата на динамику берегов была применена в этих проектах также впервые. Недостаток фактических данных и пробелы в теории не позволяют нам описать с большей долей достоверности закономерности формирования, развития и деградации многолетнемерзлых пород арктических берегов и прибрежного шельфа в изменяющихся климатических условиях. Частично эти недостатки были устранены фундаментальными исследованиями.

В результате НИР по проекту РНФ разработана единая система комплексного мониторинга термоабразионных и ледово-экзарационных процессов, которая позволит оперативно (на момент съемки) получать представление о динамике рельефа прибрежно-шельфовой зоны в целом. Последний аспект представляется чрезвычайно важным, так как позволяет проследить интегральный (результирующий) эффект от воздействия обоих факторов. Система базируется на разработанных ранее рабочей группой «динамики берегов и дна арктических морей» и внедренных на объектах нефтегазового комплекса технологии мониторинга динамики термоабразионных берегов и технологии геофизической съемки ледово-экзарационного микрорельефа дна, которые объеденены на базе современных приборных решений, появившихся в последние годы. Исследователи и проектировщики получили возможность увидеть единое строение прибрежно-шельфовой зоны в формате 3D и в надводной и подводной части. Многолетний мониторинг прибрежно-шельфовой зоны позволил проследить динамику рельефа под воздействием термоабразионных и ледово-экзарационных процессов, развитие которых активизировалось на фоне глобальных климатических изменений. В результате были верифицированы гидрометеорологические модели, что дало возможность разрабатывать для проектировщиков и строителей достоверный прогноз динамики рельефа прибрежно-шельфовой зоны для различных, в том числе экстремальных сценариев изменения природной среды и климата. Внедрение единой системы мониторинга прибрежно-шельфовой зоны на нефтегазовых и нефтегазотранспортных объектах повысит уровень геоэкологической и геотехнической безопасности и несомненно даст большой экономический эффект, приведет к снижению рисков возникновения чрезвычайных ситуаций и катастроф природно-техногенного происхождения.