Вечная мерзлота, или криолитозона, — верхние слои земной коры, которые имеют отрицательную температуру, в большинстве случаев содержит замерзшую воду и различные газы.
Освоение территорий, стоящих на вечной мерзлоте, началось несколько столетий назад. В XVII веке русские землепроходцы основали первые поселения в Сибири, включая Якутск в 1632 году.
Строительство в таких условиях требовало инновационных решений, поскольку традиционные методы не подходили для мерзлого грунта. Первые постройки возводили на деревянных платформах, предотвращающих контакт тепла от зданий с мерзлотой, что помогало избежать ее таяния и проседания строений.
Как правило, в Канаде, США, Европе северные города небольшие. В России же в зоне вечной мерзлоты есть промышленные и региональные центры, например, Мурманск, Якутск или Красноярск. Их население быстро росло в советские годы, когда появлялись новые промышленные районы и инфраструктура. Среди важных, с точки зрения экономики, российских городов на вечной мерзлоте выделяются: Дудинка в Красноярском крае (20 тыс. человек) — самый северный международный порт России; Норильск в Красноярском крае (более 170 тыс. человек) — крупный центр цветной металлургии; Салехард в Ямало-Ненецком автономном округе (49 тыс. человек) — единственный город в мире, расположенный прямо на Полярном круге, где занимаются добычей нефти и газа.
Регионы вечной мерзлоты богаты природными ресурсами. В России арктическая зона содержит около 70% природного газа, 20% нефти, а также значительные запасы золота, серебра и редкоземельных металлов. Это делает территории ключевыми для экономики страны.
Как организована городская среда в регионах Крайнего Севера
Особенности благоустройства арктических городов зависят от разных факторов. Единой модели нет, везде своя специфика, но есть и общие черты.
Инфраструктура
Как рассказывает декан факультета городского и регионального развития НИУ ВШЭ Евгений Михайленко, городская среда в Арктике в целом больше рассчитана на динамику и скорость, чем в средней полосе России. Суровый климат не способствует продолжительным прогулкам, а стимулирует быстрые перемещения из одной точки в другую. Зимой люди пытаются укрыться от мороза, пурги и ветра, летом — от насекомых. Поэтому общение с арктической природой достаточно ограниченное и непродолжительное.
Евгений Михайленко:
«В некоторых арктических городах пытаются создавать закрытую комфортную среду. Например, строят зимние сады, оранжереи или аквапарки, которые хоть немного, но привносят частичку природы в жизнь северных жителей. Если говорить о благоустройстве парков в арктических городах, то надо учитывать активность кусачих насекомых, для борьбы с которыми нужно ежегодно закупать репелленты. Кстати, в Ноябрьске даже установлен памятник комару, что еще раз подчеркивает особенности летнего отдыха на свежем воздухе в городах арктической зоны».
Жители северных городов сталкиваются с уникальными бытовыми трудностями. Например, в Якутске зимой при температуре ниже –50°C автомобили не глушат в течение дня, а ночью капоты накрывают стегаными кожухами. Мобильные телефоны на морозе быстро разряжаются, поэтому их носят во внутренних карманах.
Номера домов на севере должны быть заметны в пургу, поэтому их рисуют очень крупным шрифтом. А для удобства перемещения в Норильске под арками домов, где обычно дует сильный ветер, установлены специальные поручни.
Также специфическая особенность высоких широт — полярные ночь и день. Но если от светового дня спасают шторы, то зимой все сложнее — искусственное освещение не может заменить дневной свет. В некоторых северных странах применяют технологии увеличения светового дня. Например, в Норвегии в городе Рьюкан установили гигантские зеркала на склоне горы, чтобы отражать солнечный свет в центр города. В Швеции придумали «светотерапевтические» кафе, где установлены лампы, имитирующие естественное солнечное освещение.
В некоторых северных городах строят крытые пешеходные переходы-галери. Они соединяют жилые дома, магазины и офисы. Это позволяет передвигаться, не выходя на мороз. Подобная система есть в канадском Виннипеге, а также на Аляске, где в Анкоридже действует сеть закрытых мостов и туннелей.
Транспорт
Территория вечной мерзлоты — это многокилометровые безлюдные пространства. Для проезда из одного населенного пункта в другой нередко прокладывают зимники — временные зимние дороги, которые при неблагоприятных погодных условиях закрывают.
Для водных путей также свойственно непостоянство. В межсезонье движение через переправы останавливают. Например, во время ледохода закрывают переправу через Обь между Салехардом и Лабытнангами.
«К транспорту в арктической зоне серьезные требования, особенно если речь идет о технике, которая используется для перемещения на дальние расстояния. Она должна выдерживать сверхнизкие температуры и преодолевать бездорожье, быть готовой к чрезвычайным происшествиям. Остановки общественного транспорта стараются устанавливать на небольшом друг от друга расстоянии. В некоторых городах, например, в Норильске, остановки теплые, но автобусов в арктических городах немного, большинство водителей перемещается на собственных автомобилях», — отмечает Евгений Михайленко.
В зарубежных арктических регионах транспортная инфраструктура также адаптирована к экстремальным условиям. Так, в Норвегии и Швеции при строительстве трасс применяют системы подогрева дорожного покрытия.
Особенности строительства
Строительство в районах, где зимой температуры опускаются ниже –50°C, а почва остается замерзшей на протяжении тысяч лет, требует оборудования, которое справляется с экстремальными температурами и промерзлым грунтом.
Устойчивость зданий в условиях вечной мерзлоты зависит от правильного фундамента и поддержания температурного режима. Основной метод строительства — использование свайных фундаментов, при котором сваи забивают глубоко в землю до стабильных промерзших слоев, обеспечивая надежную опору для зданий. Также применяют термоизоляционные материалы, например, пенополиуретан или минеральную вату, чтобы предотвратить передачу тепла от здания к грунту и сохранить стабильность фундамента.
Ошибки в проектировании и эксплуатации могут привести к оттаиванию грунта, деформации и разрушению строений, как это произошло с первыми временными зданиями в Норильске. В 1937 году специалисты «Норильскстроя» разработали технологию строительства на сваях с вентилируемым подпольем, а в 1959 году инженер Михаил Ким усовершенствовал ее, предложив бурить скважины прямо в мерзлоте, ускоряя процесс закладки фундамента. Большая часть зданий в Норильске построена с сохранением мерзлого состояния грунта, то есть так, чтобы вечная мерзлота под ними не таяла. Но возможны и другие подходы в зависимости от природных условий.
«Есть несколько способов строительства домов, например, мерзлоту растапливают перед сооружением дома, или, напротив, применяют метод вмораживания свай в мерзлоту. Обязательно должны быть обустроены проветриваемые подполья, изолирующие грунт от растепляющего воздействия жилого дома. Но даже с учетом современных технологий нельзя дать полную гарантию устойчивости зданий на вечномерзлых грунтах, поэтому для таких зданий требуется организация специального мониторинга состояния фундаментов», — рассказывает Евгений Михайленко.
Помимо фундамента, утепляют стены, крыши, чтобы минимизировать потери тепла: минеральной ватой, пенополистиролом, пенополиуретаном. Используют двойные или тройные стеклопакеты, часто применяют навесные фасады, которые состоят из утеплителя и внешней обшивки.
Грозит ли многолетней мерзлоте глобальное потепление?
Потепление климата, по прогнозам, может создать риск проседания грунта и деформации части фундаментов зданий и других сооружений (трубопроводы, дороги), особенно на Северо-Востоке России. В некоторых городах — Воркуте, Салехарде, Чите — уже наблюдаются подобные проблемы. Еще одно возможное последствие — высвобождение из тающего грунта парниковых газов, таких как метан, что усиливает глобальное потепление.
В России изучением изменений в мерзлоте и разработкой новых строительных технологий для Заполярья занимается Институт мерзлотоведения в Якутске. По словам геокриолога Алексея Маслакова, одним из перспективных направлений является использование легких строительных материалов и конструкций, снижающих нагрузку на грунт и уменьшающих риск деформаций.
Как отмечает директор Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН Михаил Железняк, таяние мерзлоты действительно наблюдается, но в глобальном смысле это преувеличенные страхи.
Михаил Железняк:
«В Якутске, где я живу, мощность мерзлых толщ ― 300–350 метров. Чтобы они растаяли при современных изменениях климата, нужно несколько тысяч лет. Да, мы ощущаем изменение климата. Однако помимо этого еще есть условия теплообмена на поверхности и изменяющиеся свойства пород. Когда нам холодно, мы надеваем теплую одежду. А природная среда реагирует на изменения климата изменениями на поверхности — меняется растительность, количество и динамика снежного покрова».
Чтобы лед растаял, требуется дополнительная энергия, это определяет некоторую консервативность мерзлых пород к изменениям теплового режима, что дает запас времени и позволяет прогнозировать состояние и применять превентивные меры.
Изменения мерзлоты происходят по-разному. Например, в некоторых регионах, где 50–60 лет назад этот слой составлял 15–20 метров, она могла протаять полностью, а где-то частично. Арктика неоднородна: есть западный сектор, где мерзлоты уже почти нет, а есть центральный, где мерзлые породы имеют деградирующий характер. Учитывая опыт западных регионов, в города хмогут научиться контролировать процесс и принимать прогнозные решения, как дальше жить, осваивать территорию и вести хозяйственную деятельность, например, совершенствовать дренажные системы для предотвращения подтоплений.
«Я считаю, что говорить о деградации в целом неверно. Деградация мерзлоты ― это ее исчезновение. Сегодня правильно говорить об ее изменении. Климатических моделей много, есть и альтернативная точка зрения, что в ближайшее время будет 50-летний период похолодания. Мы сейчас живем не в стадию глобального потепления, как думают многие, а в короткопериодную стадию повышения температуры. Если наступит стадия похолодания, начнутся другие процессы, и тогда мы будем говорить об деградации мерзлоты», — комментирует Михаил Железняк.
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.
