ИСТИНА

На побережье Печорского моря, Ненецкий автономный округ, располагается один из ключевых объектов транспортировки нефти и освоения нефтяных месторождений прибрежно-шельфовой зоны Российской Арктики - Варандейский терминал. В транспортную систему терминала входит: береговой резервуарный парк для хранения нефти, стационарный морской ледостойкий отгрузочный причал в 22 км от берега на глубине 17 м для перекачки нефти на танкеры и трубопровод-дюкер, проходящий по подводному береговому склону и соединяющий резервуары и причал. Безопасность функционирования этих стратегических объектов напрямую зависит от устойчивого состояния береговой зоны, т.к. разрушение берегов может привести к негативным последствиям от экономических потерь до серьезных аварий на объектах транспорта углеводородов и катастрофических экологических последствий разного масштаба. Полевые наблюдения на стационаре мониторинга динамики морских берегов с 1981 г. в районе освоения показали, что в конце 20 в. резко активизировался их размыв. Этому способствовали активная хозяйственная деятельность (уничтожение естественного берегового барьера в виде дюнного пояса, изъятие песка с пляжей и т.д.) и потепление климата (деградация мерзлоты, изменение температурного режима грунтов, рост продолжительности волнового воздействия из-за увеличение безлёдного периода и штормовой активности). Фактор потепления является одним из ключевых для берегов, сложенных мерзлыми четвертичными отложениями. Их чуткость к этому фактору проявляется в ускоренном оттаивании грунта и подготовки его таким образом к дальнейшему размыву волновыми процессами. В этом и заключается актуальность решения научной проблемы термодинамики арктических берегов на фоне потепления климата. Именно поэтому наряду со стационаром по мониторингу морфодинамики берегов (деформации рельефа) в районе Варандея в 2012 г. было решено заложить еще и стационар по многолетнему круглогодичному наблюдению за термодинамикой берегов (изменение температурного режима грунтов). Стационар представляет собой поперечный профиль из 6 термометрических скважин глубиной до 7 м, в которые установлены термокосы с термологгерами. Место для термометрического стационара было выбрано на соседнем от Варандея острове Песяков, который не испытал воздействия хозяйственной деятельности, но при этом имеет сходное геолого-геоморфологическое строение с Варандейским районом. Это позволяет изучать воздействие потепления климата на термический режим грунтов побережья в естественном виде, в то время, как на Варандее на это еще наложен фактор техногенной деятельности, которые было бы тяжело отделить друг от друга. К настоящему времени получены данные наблюдений за период 2012-2014 гг. с интервалом измерений 12 ч. Однако стационар продолжает функционировать по настоящее время. Полевой выезд на остров Песяков, предполагающийся в рамках настоящего проекта, позволит получить данные наблюдений за период 2014-2017 гг., а также произвести замену батареек в термологгерах, хранящие данные многолетних измерений, для обеспечения продолжения функционирования стационара на следующие годы. Научная новизна проекта основана на анализе круглогодичных натурных данных 5-летнего периода наблюдений за температурами грунтов побережья острова Песяков и метеоданных района исследования, а также данных о морфодинамике берегов (геодезическая съемка, дешифрирование космоснимков).

The Varandey terminal on the coast of the Pechora Sea (the Nenets Autonomous District) is one of the key facilities for the oil transportation and the oil fields exploration in the coastal and shelf zones of the Russian Arctic. The transport system of the terminal includes the coastal tank farm for oil storage, the fixed offshore ice-resistant shipping dock in 22 km from the shore at a depth of 17 m for pumping oil to tankers and the pipeline-dyker that runs along an underwater coastal slope and connects the tank farm and the dock. The safety of these strategic facilities operation directly depends on the coastal zone stability, since the sea coasts destruction can lead to negative consequences from economic losses to serious accidents at transportation facilities and catastrophic environmental consequences of different scale. Field observations since 1981 at the monitoring station for the sea coasts dynamics in the Varandey area showed that coastal erosion intensified dramatically at the end of the 20th century. This was resulted by an active industrial activity (destruction of the dune belt which played a role of the natural coastal barrier, removal of sand from beaches, etc.) and a warming of the climate (the permafrost degradation, changes in the soil temperature regime, an increase in the wave action duration due to an increase in the ice-free period duration and storm activity). The warming climate is one of the key factors for the sea coasts which consisted from frozen Quaternary sediments. Their sensitivity to this factor is displayed in the accelerated ground thawing and the further erosion of the thawed ground by wave processes. It is determining the topicality of the solving the scientific problem of the Arctic coasts thermodynamics in the context of a climate warming. That is why, in 2012 it was decided together with the monitoring station of the sea coasts morphodynamics (deformations of the landforms) in the Varandey area to lay down a monitoring station for long-term year-round observation of the thermodynamics of the sea coasts (changes in the ground temperature regime). The monitoring station represents a transverse profile of 6 thermometric boreholes with a depth of up to 7 m, in which thermistor strings with thermologgers are installed. The location for the thermometric monitoring station was chosen on Pesyakov Island, which is not far from Varandey and not affected by industrial activity, but at the same time has a similar geological and geomorphological structure with the Varandey area. It makes possible to study the effect of climate warming on the ground thermal regime the sea coasts in a natural form, while on Varandey the factor of industrial activity is overlay on the climate warming factor and it would be difficult to separate factors from each other. At present time the observation data with a measurement interval of 12 hours for the period 2012-2014 have been received. However, the thermometric monitoring station continues to operate until the present. Field works at Pesyakov Island, which planned within the framework of this project, will allow obtaining observation data for the period 2014-2017, as well as replacing the batteries in thermologgers storing the data of long-term measurements to ensure continuation of the operation of the thermometric monitoring station for the following years. The scientific novelty of the project is based on an analysis of the year-round field data of a 5-year period of observations of the ground temperatures of the Pesyakov sea coast and the meteorological data of the study area, as well as the data on the morphodynamics of the sea coasts (a geodetic survey, interpretation of the remote sensing data).

Полученные и уже имеющиеся данные планируется проанализировать на предмет причинно- следственных связей между изменениями температурного режима грунтов побережья, метеорологических условий данного района в течение 5-летнего периода. Это позволит установить наличие или отсутствие отепляющиго эффекта, оценить его величину и выявить особенности его проявления во времени и пространстве. Кроме того, результаты по изменчивости температурного режима грунтов планируется сопоставить с результатами сравнительного анализа разновременных данных о морфодинамике береговой зоны за 5-летний период, полученных как непосредственно в ходе полевых работ с помощью геодезической съемки, так и по результатам дешифрирования детальных космоснимков последних лет. Понимание причинно-следственных связей между температурами грунта, метеоусловиями и морфодинамикой позволит оценить термодинамическую устойчивость берегов, что в свою очередь даст возможность делать прогноз термодинамической устойчивости арктических берегов при различных сценариях изменения климата в ходе освоения и развития транспортной системы Арктики. Полученные натурные данные и результаты могут быть использованы для верификации и калибровки моделей термоабразии арктических берегов, использующих тепловые потоки. Кроме того, полученные опыт и результаты могут быть внедрены в работу компаний-операторов транспортных систем, располагающихся на арктическом побережье (например, Варандейский терминал), в рамках производственного и геотехнического мониторинга объектов инфраструктуры.

В 2012 г. был заложен стационар на острове Песяков, представляющий собой серию буровых скважин, расположенных на разных геоморфологических уровнях вдоль линии поперечного профиля, пересекающего остров в его средней части. Всего было пробурено 10 скважин глубиной от 3 до 10 м, в 5 из них установлены термокосы, круглогодично измеряющие температуру грунты на разных горизонтах. Руководитель проекта располагает температурными наблюдениями в этих скважинах за период 2012-2014 гг. Частично результаты этих работ были опубликованы в зарубежном журнале Coastal Research (Guegan et al., 2016) (http://www.jcronline.org/doi/abs/10.2112/JCOASTRES-D-15-00147.1), однако детального анализа температурных данных и их сравнение с метеоданным и динамикой берегов не проводилось. C 2014 г. считывание данных с логгеров термокос не производилось. Если в 2017 г. считать данные, то будет получен уникальный ряд температурных наблюдений за пять лет. Кроме данных о температуре грунтов у руководителя имеются материалы геодезических съемок серии береговых профилей 2012, 2013 и 2014 гг. Частично результаты анализа динамики берегов острова Песяков и района Варандея опубликованы в рецензируемых материалах международной конференции SPE (Sinitsyn et al., 2013) (https://doi.org/10.2118/166932-MS). Руководитель проекта имеет опыт организации трех экспедиций на Варандей и Песяков, начальником которых он являлся (2012, 2013, 2014 гг.).

Анализ температурного режима побережья острова Песяков и корреляция с метеоусловиями (температура воздуха и ветер) за 2 года (2012-2014 гг.) позволит установить закономерности распространения тепловых потоков в ходе сезонного промерзания и оттаивания, а также во время экстремальных штормов. Так можно ожидать корреляцию между температурным режимом грунтов и штормовыми нагонами, которые наблюдаются при экстремальных ветрах с моря во время приливов.В зимний период можно проследить проникновение волны тепла вглубь при сезонном оттаивании или его сохранения на глубине при сезонном промерзании. Полевые работы позволят получить данные еще за 3 года наблюдений для дальнейшего анализа.