ИСТИНА

Освоение арктического региона - стратегическая задача России в ближайшем будущем, поскольку в прибрежно-шельфовой зоне пролегают ключевые транспортные артерии; кроме того, в ней сконцентрировано значительное количество еще не использованных энергетических ресурсов. Для успешного освоения арктических берегов важно иметь представление о реальных природных условиях этого региона; для построения достоверных прогнозов необходимо понимание основных механизмов трансформации природной среды под воздействием разных факторов. Разрушение берегов арктических морей - наиболее опасный природный процесс, который необходимо учитывать при освоении арктических регионов. Берега разрушаются под воздействием термоабразии (процесс разрушения берега и подводного берегового склона, сложенных многолетнемерзлыми породами или льдом, под совместным механическим и тепловым воздействием моря) и термоденудации (процесс оттаивания мерзлых грунтов в результате передачи тепла из атмосферы и последующего гравитационного сноса продуктов оттаивания). Численное моделирование позволяет прогнозировать скорости и характер разрушения берегов в результате термоабразии и термоденудаци. Однако проведение такого моделирования осложняется отсутствием четкого понимания механизмов процесса, в рамках которого происходит взаимодействие сразу нескольких сред: мерзлый грунт – воздух – морская вода. Береговая зона арктических морей очень динамична: береговые уступы сложены многолетнемерзлыми льдистыми дисперсными породы, чутко реагирующими на внешние температурные изменения и теряющими свои прочностные свойства при переходе из мерзлого состояния в талое. Потепление климата, наблюдаемое с конца XX века, проявляется через повышение температуры воздуха и морской воды, сокращение продолжительности холодного периода, увеличение интенсивности и частоты штормов и усиление волновых нагрузок на берег. Как следствие, увеличиваются темпы разрушения берегов. В условиях изменения климата присутствие в разрезах ледяных тел активизирует развитие целого ряда криогенных процессов и явлений, способствующих более активному отступанию берегового уступа. К настоящему моменту было создано значительное количество моделей, прогнозирующих динамику берегов. Тем не менее, эти модели, как правило, являются региональными и ориентированы на моделирование береговой линии конкретного берегового сегмента, характеризующегося специфическими особенностями морфологии, гидродинамическим режимом и составом пород. Модели, разработанные для берегов Северной Америки и Восточного сектора российской Арктики, малоприменимы для берегов Западного сектора, характеризующегося иным гидродинамическим режимом моря, отличными морфологическими особенностями и криолитологическим строением берегов. Для берегов Карского моря характерно широкое распространение засоленных мерзлых отложений, состояние которых зависит от температуры и может легко измениться при незначительном ее повышении. В рамках настоящего Проекта предлагается провести численное моделирование разрушения берегов на ключевых участках побережья Карского моря. На первом этапе на всех участках будет рассчитан вклад термического фактора (количество оттаявшего материала). Термоденудация подготавливает и перемещает грунт вниз по склону, где он впоследствии размывается волнами. На втором этапе будет рассчитана скорость удаления оттаявшего материала на основе анализа гидрометеорологических факторов динамики берегов (расчетов ветро-волновой энергии). Вынос оттаивающего материала с пляжа будет регулироваться ветро-волновой энергией во второй половине лета, поскольку ранее снежники «бронируют» высокие морские берега. В результате моделирования будут выяснены закономерности развития термоденудации в пространстве и времени. Комплексное влияние различных факторов на скорость и характер термоабразии и термоденудации будет впервые количественно оценено для берегов Карского моря. Это исследование позволит выявить связь между скоростями отступания берегов и свойствами многолетнемерзлых пород, а также построить корреляционные зависимости гидрометеорологических условий и скоростей разрушения. Полученные данные позволят спрогнозировать темпы разрушения берегов, сложенных различными породами при различных сценариях изменения климата в будущем. Будут рассмотрены три сценария изменения климата: консервативный (температурные характеристики воздуха и ледовая обстановка принимается равной средним значениям для всего периода наблюдений с конца 1970-х годов (время запуска первых спутников) по настоящее время); экстремальное потепление (будут учитываться максимальные температуры воздуха и минимальные концентрации ледового покрова на море); дальнейшее похолодание (будут рассматриваться наименьшие температуры воздуха периода 1960-х -1990-х годов и периоды экстремально высокой ледовитости).

The development of the Arctic region is Russia's strategic goal in the nearest future since the region is characterized by concentration of the key transport arteries and energy resources which are not yet involved in the country's economy. Successful development of the Arctic supposes good understanding of the real natural conditions of this region. Reliable forecasts of natural condition require a good understanding of the basic mechanisms of natural environment transformation under the influence of various factors. Arctic sea shores’ destruction is a most dangerous natural process that must be considered when developing the Arctic regions. Two main factors of shores destruction are thermo abrasion (destruction of the shores composed by frozen rocks and the underwater coastal slope under joint mechanical and thermal effects of the sea) and thermal denudation (thawing of frozen soils as a result of heat transfer from the atmosphere and subsequent gravitational demolition of thawing products). Numerical modeling allows predicting the speed and nature of shoreline destruction as a result of thermal abrasion and thermal degradation. However, the implementation of such modeling is complicated by the lack of a clear understanding of the mechanisms of the process, within which several media interact simultaneously: frozen ground - air - sea water. The coastal zone of the Arctic seas is very dynamic: the coastal ridges are composed of permafrost ice dispersed rocks that react sensitively to external temperature and lose their strength properties when passing from the frozen state to thaw. Climate warming observed from the end of the XX century, manifestation through the increase in air and sea temperatures, shortening of the period, time and time, storms and increasing wave loads on the shore. As a consequence, the rate of destruction of the shores is increasing. In the conditions of climate change, the presence of ice bodies in the sections of the ice-making bodies activates the development of a whole series of cryogenic processes and phenomena that contribute to a more active retreat of the coastal ledge. To date, a large number of models have been created that predict the dynamics of the shores. Nevertheless, these models, as a rule, are regional and oriented to modeling the shoreline of a specific coastal segment, characterized by specific features of morphology, hydrodynamic regime and composition. Models developed for the shores of North America and the Eastern sector of the Russian Arctic are of little use for the shores of the Western sector, characterized by the physical regime of the sea, excellent morphological features and the cryolithological structure of the cliffs. Kara Sea coast composed by saline soils the state of which depends on temperature regime and can easily change with a slight increase of negative temperature. In this Project conduct surveys plan to make on the key sites. At the first stage, the contribution of the thermal factor (the amount of thawed material) will be calculated at all sites. Thermodenudation prepares and moves the thawed sediments down the slope, where it affects wave erosion. (influence of wind-wave energy). Removal of thawing material from the beach will be regulated by wind-wave energy in the second half of summer, as previously snowbank "blocked" high cliffs. As a result of the simulation, the patterns of the development of thermodenudation in space and time will be calculated. This study makes it possible to identify the relationship between the coastal erosion rates and permafrost features, and to construct correlation dependencies of hydrometeorological conditions and destruction rates. The obtained data will make it possible to predict the coastal rate of the cliffs composed by different sediments under different scenarios of climate change in the future. Three climatic scenarios will be considered: conservative (temperature characteristics and ice conditions are assumed to be equal to the average values for the entire observation period from the late 1970s (time of the first satellites) to the present); extreme warming (will take into account the maximum air temperature and the minimum concentration of ice cover at sea); further cooling (the lowest air temperatures of the period of the 1960s – 1990s and the maximum periods of ice cover) will be considered.

Выделение периодов с разной скоростью разрушения берега. Оценка скорости и интенсивности отступания берегов с проявлением различных криогенных процессов. Результаты расчета межгодовой изменчивости ветро-волнового потенциала и оценка изменения суммы положительных температур воздуха в ХХ и ХХI веке; корреляционные зависимости скоростей разрушения, состава пород и гидрометеорологических условий. Прогноз скоростей отступания термоабразионных берегов ключевых участков для разных сценариев изменения климата.

Руководитель Проекта располагает опытом непосредственного участия в полевом мониторинге и последующих фундаментальных исследованиях динамики арктических берегов в рамках международного проекта “Sustainable Arctic Marine and Coastal Technology” (SAMCoT) (2012 - 2015 гг.), который был направлен на исследование особенностей природной среды Арктического региона и ее изменчивости при техногенном воздействии. В декабре 2016 года Руководителем Проекта была защищена диссертационная работа на соискание степени кандидата геолого-минералогических наук «Закономерности разрушения берегов, сложенных мерзлыми дисперсными породами, в зависимости от их состава, строения и свойств (на примере западного побережья Байдарацкой губы)».