Многолетняя мерзлота

Сохранение организмов в вечной мерзлоте

Микробы

Ученые прогнозируют, что до 10 21 микробов, включая грибы и бактерии помимо вирусов, будут выделяться из тающего льда в год. Часто эти микробы выбрасываются прямо в океан. Из-за мигрирующего характера многих видов рыб и птиц, возможно, эти микробы имеют высокую скорость передачи.

Вечная мерзлота в восточной Швейцарии была проанализирована исследователями в 2016 году на высокогорном участке вечной мерзлоты под названием «Муот-да-Барба-Пейдер». На этом участке обитало разнообразное микробное сообщество с различными бактериями и группами эукариот. Видные группы бактерий включали филюм Acidobacteria , Actinobacteria , AD3, Bacteroidetes , Chloroflexi , Gemmatimonadetes , OD1, Nitrospirae , Planctomycetes , Proteobacteria и Verrucomicrobia . Известные эукариотические грибы включали Ascomycota , Basidiomycota и Zygomycota . У нынешнего вида ученые наблюдали множество приспособлений к отрицательным температурам, включая сниженные и анаэробные метаболические процессы.

Предполагается, что вспышка сибирской язвы на полуострове Ямал в 2016 году связана с таянием вечной мерзлоты. В вечной мерзлоте Сибири также присутствуют два вида вируса: Pithovirus sibericum и Mollivirus sibericum. Обоим из них приблизительно 30 000 лет, и они считаются гигантскими вирусами из-за того, что они больше по размеру, чем большинство бактерий, и имеют больший геном, чем другие вирусы. Оба вируса по-прежнему заразны, о чем свидетельствует их способность инфицировать Acanthamoeba , род амеб.

Было показано, что замораживание при низких температурах сохраняет инфекционность вирусов. Калицивирусы, грипп A и энтеровирусы (например, полиовирусы, эховирусы, вирусы Коксаки) сохраняются во льду и / или вечной мерзлоте. Ученые определили три характеристики, необходимые для успешного сохранения вируса во льду: высокая численность, способность переноситься во льду и способность возобновлять циклы болезней после выхода изо льда. Прямого заражения людей от вечной мерзлоты или льда не было; такие вирусы обычно распространяются через другие организмы или абиотические механизмы.

Изучение образцов сибирской вечной мерзлоты позднего плейстоцена из Колымской низменности (восточно-сибирской низменности) использовало изоляцию ДНК и клонирование генов (в частности, гены 16S рРНК), чтобы определить, к какому типу принадлежат эти микроорганизмы. Этот метод позволил сравнить известные микроорганизмы с их недавно обнаруженными образцами и выявил восемь филотипов, которые принадлежали типам Actinobacteria и Proteobacteria .

Растения

В 2012 году российские исследователи доказали, что вечная мерзлота может служить естественным хранилищем древних форм жизни, возродив Silene stenophylla из 30 000-летней ткани, найденной в норе белки ледникового периода в сибирской вечной мерзлоте. Это самая старая из когда-либо возрожденных растительных тканей. Растение было плодовитым, давало белые цветы и всходящие семена. Исследование показало, что ткани могут выдерживать ледяную консервацию в течение десятков тысяч лет.

Избушка на курьих ножках – оптимальное жилье для Севера

— Получается, вечномерзлые породы лучше не размораживать при строительстве (как неразмораживаемый холодильник «no frost»)? Целее будет построенное на таких грунтах здание?

— На самом деле, есть два принципа строительства на мерзлых грунтах.  При первом принципе строительства  мы оставляем грунты в мерзлом состоянии. Второй принцип, когда допускается так называемое предпостроечное оттаивание или  оттаивание в процессе эксплуатации.

 Дома «на ножках» — яркая примета северных городов. Жилые дома в Анадыре

Здесь нужно исходить из того, в каком состоянии находятся грунты, какой у них температурный режим. 

Если температура грунтов ниже одного градуса, то лучше сохранять эти грунты в мерзлом состоянии.

Если же это высокотемпературные сильно льдистые грунты, то тогда сохранять их в мерзлом состоянии не целесообразно. Тем более, если кровля скальных грунтов находится неглубоко от поверхности. А оттаять грунты и опереть фундамент на скальные породы – это не такая уж затратная технология.

Тепловое  воздействие здания на грунты основания называется «чашей оттаивания». Для того, чтобы такой «чаши» не возникало, дома на Севере строят на сваях (многие их называют избушками на курьих ножках).

Сваи – пока основной тип фундаментов  в северных широтах. Основное правило – проветривание подполья, которое образуется под сваями. Необходимо убрать от сооружения теплый воздух и в зимний период охладить основание.  Этот метод применяется достаточно давно и очень хорошо служит.

 Свайное поле главного корпуса Якутской ГРЭС. На Севере иначе строить нельзя

— А с чем же связано беспокойство последних лет по поводу проседания грунтов. Ученые встревожены тем, что вечная мерзлота, из-за глобального потепления, начала подтаивать. Здания проседают…

— На самом деле все эти тревоги вызваны, скорее всего, недавними авариями, одна из которых знаковая – в Норильске, когда из цистерны, у которой разрушился фундамент, вытекли сотни тонн нефтепродуктов, нарушив экологическое равновесие целого района.

На мой взгляд, особые тревоги по поводу разрушения жилого фонда вряд ли стоит испытывать. Дело в том, что как раньше, так и сейчас  процент выхода из строя сооружений на мерзлоте примерно одинаков.

Правда, ситуацию несколько усугубляет то, что жилой фонд выходит из строя теперь уже сам по себе, поскольку период эксплуатации некоторых зданий в северных регионах порядка 50 лет и более. Дома потихоньку ветшают. А заменять их  получается не так быстро.

Что скрывать, некоторая деградация вечной мерзлоты, конечно, имеется, в связи с изменением климата. Мы проводили расчеты по всем регионам, которые находятся в арктической зоне – от Мурманска до Чукотки – я лично все эти регионы посетил два года назад.

 Проблемы есть. Но подход к ним везде разный. Где-то здания находятся в лучшем состоянии, где-то – в худшем…Причем устойчивость  жилого фонда, по моему глубокому убеждению, зависит не только от новых природных тенденций (потепление), но, во многом, от человеческого фактора.

Экономическое влияние

Учёт вечной мерзлоты важен для проведения строительства, геологоразведки и других хозяйственных работ в районах Севера. Она может, как создавать проблемы, так и приносить пользу. Способность служить естественным природным холодильником для хранения продуктов лежит на поверхности. Кроме этого, в условиях вечной мерзлоты вероятны образования залежей гидратов газов, используемых человеком, в частности метана.

Высокая прочность промёрзших пород сильно затрудняет добычу ископаемых. Но в то же время имеется другая, сильная, сторона: мерзлота цементирует породы, что позволяло в карьерах Якутии успешно проводить разработку кимберлитовых трубок, доводя стенки чаш до отвесного состояния. Ярким свидетельством последнего служит пример якутского карьера Трубка Удачная.

Игарский музей вечной мерзлоты – явление уникальное, и не только потому, что основные его экспозиционные залы находятся в толще вечно мёрзлого грунта, но и потому, что главный экспонат музея – сама вечная мерзлота.

Оттаивание многолетней мерзлоты в России

Чем опасно оттаивание мерзлого грунта? Во-первых, это грозит образованием гигантских провалов, таких как Батагайский кратер в Якутии. Размеры его пугают не только обывателей, но даже ученые относятся к этому явлению настороженно. Такой провал в результате оттаивания вечной мерзлоты может случиться в любом месте и в любое время.

Во-вторых, в результате провалов, в атмосферу выходит природный газ метан, один из парниковых газов. Дело в том, что накопленные тысячелетиями органические вещества, законсервированные в природном холодильнике, начинают постепенно оттаивать под влиянием глобального потепления. Отсюда и природный газ. Чем больше выброс метана, тем выше средние показатели температуры на планете. Получается замкнутый круг.

Ухудшения состояние мерзлого грунта вредит не только природе, но и отражается на человеке. Например, в течение последних десяти лет в Норильске подверглись разрушению более 250 многоэтажных домов. Получается, что с одной стороны человечеством был сделан огромный шаг в сторону освоения многолетней мерзлоты. Люди стали жить, работать, учиться в таких условиях, в которых, казалось бы, жить невозможно. А с другой стороны, вмешательство в природу привело к деградации мерзлого грунта, что пошатнуло природный баланс. Спустя десятилетия человечество вынуждено наблюдать, что научные достижения рушатся как карточный домик.

Русский Север: тем, кто там остался, нужно обеспечить достойное существование

— А как вы считаете, нужно осваивать Русский север в плане жизни там? Или все-таки более предпочтителен вахтовый метод, когда люди приехали, отработали, и поехали к себе в Тулу, Курск, Белгород, Краснодар или еще куда-то…

— Вопрос дискуссионный. Мое мнение: мне бы тяжело было жить там долго. Но я знаю людей, которые не готовы оттуда уезжать. Там замечательная природа, рыбалка, охота.

— Надо ли все-таки на ваш взгляд, изучать вечную мерзлоту так подробно, с тем, чтобы потом осуществить экспансию на Север – с целью постоянного там проживания?

— Однозначно нужно. Мы должны знать, что происходит с природой наших северных территорий. А без изучения вечной мерзлоты это невозможно. Уезжать или нет? Наверное, заработав там какие-то деньги, многие готовы уехать на материк, в более теплые регионы. А для кого-то все-таки удобнее жить там. Главное, чтобы это было социально и экономически целесообразное проживание.

 Такая погода типична для Норильска…и для настоящего северянина

Возможно, нужны какие-то небольшие предприятия, чтобы обеспечить тех, кто там остался. Нужно совершенствовать жилье, которое там строится. Оно должно быть энергоэффективным.

Возможно, в будущем будет возможность достаточно экологично строить и эксплуатировать здания и сооружения. Не вредя вечной мерзлоте.

Мерзлотные процессы

В пределах криолитозоны можно выделить пять типов территорий, отличающихся своим набором преобладающих криогенных процессов. В пределах равнин Севера Европейской части России и Западной Сибири наблюдаются термокарст и пучение. Восточнее, в более суровых климатических условиях, на равнинах тундры и лесотундры дополнительно формируется морозобойное растрескивание. Для большей территории низко- и среднегорий Сибири характерны термокарст, пучение, наледи, солифлюкция, курумы. В высоких горах, впадинах, низких равнинах и речных долинах таежной зоны Средней и Восточной Сибири, Дальнего Востока преобладают наледи, солифлюкция, курумы. Для средних и низких гор на юге криолитозоны России, где распространена прерывистая и островная мерзлоты, типичны процессы термокарста, наледей и солифлюкции.

При сплошном распространении многолетнемерзлых пород в их верхней части летом формируется слой сезонного протаивания. Его глубина зависит от ландшафтно-климатических условий и состава пород. В рыхлых отложениях она минимальна (не более метра) на Крайнем Севере и повсеместно в торфе. В песках она составляет 2 м и более. В горах на коренных породах протаивание достигает 3 м и даже больше. В долинах рек глубина протаивания изменяется весьма значительно на коротких расстояниях. При прерывистом и островном распространении мерзлоты сосуществуют сезонное протаивание мерзлых пород летом и сезонное промерзание талых пород зимой. Как правило, влажные (льдистые) породы находятся в мерзлом состоянии и протаивают относительно неглубоко. Расположенные рядом талые породы чаще менее влажные, и слой сезонного промерзания на них имеет большую мощность.

При возведении инженерных сооружений, строительстве железных и шоссейных дорог, мостов, трубопроводов, гидротехнических объектов необходимо учитывать возможность пучения и просадок грунтов, сползания оттаивающих грунтов на склонах, образования наледей. В сельском хозяйстве многолетняя мерзлота в одних случаях ограничивает возможности развития тех или иных культур, в других — благоприятствует выращиванию растений в связи с дополнительным увлажением грунтов при сезонном оттаивании деятельного слоя. В многолетнемерзлых толщах обнаружены термодинамически неустойчивые и поэтому чрезвычайно чувствительные к изменениям условий равновесия газовые гидраты, изменения которых приводят к неконтролируемым выбросам газа в атмосферу, взрывам, пожарам, что усиливает парниковый эффект. В мерзлых породах, льдах и переохлажденных водах открыты жизнеспособные микроорганизмы, которые нередко вовлекаются в современные биогеохимические процессы при оттаивании пород.