Архив статей журнала
Настоящее исследование посвящено инженерно-геокриологической оценке теплового воздействия добычи минерального сырья на деградацию многолетнемерзлых пород в пределах арктической криолитозоны России. Работа сосредоточена на Юньягинском угольном разрезе и прилегающих подземных шахтах Печорского угольного бассейна, включая Воргашорскую, Воркутинскую и Заполярную шахты. Эти объекты размещены в районах с повсеместным распространением многолетнемёрзлых грунтов и подвержены возрастающему антропогенному тепловому воздействию, связанному с открытой и подземной добычей угля. В исследовании рассматривается, каким образом устойчивые тепловые нагрузки от производственной инфраструктуры, отвалов и вентиляционных выбросов способствуют увеличению глубины сезонного протаивания, перераспределению влаги и снижению прочностных характеристик мерзлых грунтов. Особое внимание уделено пространственной неоднородности температурных аномалий и их зависимости от технологических факторов, таких как интенсивность отработки, параметры вентиляции и температура шахтных вод. В работе использован комплексный подход, включающий натурный температурный мониторинг, бурение инженерно-геологических скважин, лабораторные испытания образцов мерзлых грунтов и численное моделирование процессов теплопереноса для оценки степени и темпов деградации многолетнемерзлых пород под тепловым воздействием. Научная новизна исследования заключается в количественной характеристике тепловых полей, формируемых в условиях промышленной эксплуатации месторождений на фоне многолетних многолетнемерзлых пород, а также в установлении пороговых условий, при которых процесс деградации существенно ускоряется. Моделирование и натурные наблюдения показали, что при плотности тепловой нагрузки, превышающей 100 Вт/м², протаивание многолетнемерзлой породы достигает глубины 3-4 метра за пять лет. В зоне влияния угледобычи глубина сезонного протаивания увеличивается вдвое по сравнению с фоновыми участками и достигает 2,8 м. Отдельные очаги полной деградации многолетнемерзлых пород зафиксированы в районах размещения отвалов и сброса шахтных вод, где температура грунта превышала 0 °C, а содержание влаги достигало более 35 %. Полученные результаты подтверждают необходимость внедрения инженерных мер термозащиты - теплоизолированных платформ, пассивных термосифонов и автоматизированных систем мониторинга - для снижения рисков потери устойчивости инфраструктуры и обеспечения экологически безопасного освоения Арктики.
В работе рассматривается малоизученный аспект реализации крупнейшей по масштабам и задачам научно-исследовательской инициативы своего времени - Якутской комплексной экспедиции Академии наук СССР 1925-1930 гг. Целевой установкой исследования является реконструкция истории аккумулирования участниками данной экспедиции сведений, касающихся осмысления феномена многолетнемерзлых пород. На основе материалов, выявленных в архивных и музейных фондах гг. Москвы, Санкт-Петербурга и Якутска, в том числе, впервые вводимых в научный оборот, привлечения опубликованных по итогам работы экспедиции документов, показана история изысканий, проведенных в шахте Шергина в г. Якутске. Представлены наиболее репрезентативные выводы, сделанные исследователями в ходе работы в ряде административных округов Якутской АССР, в первую очередь, в составе отрядов сельскохозяйственной направленности. В методологическом отношении данная статья базируется в основном на применении специально-исторических подходов к научному познанию: принципе историзма, историко-типологическом, историко-сравнительном и историко-генетическом методах. В результате проведенных исследований представлена история аккумулирования участниками Якутской комплексной экспедиции сведений о многолетнемерзлых породах, сделаны выводы о значении выполненных изысканий. В этой связи установлено, что несмотря на отсутствие специализированного геокриологического отряда, неудавшуюся попытку организации планомерного научного изучения феномена «вечной мерзлоты», участники экспедиции получили комплекс важных сведений, характеризующих специфику и масштабы протекания некоторых криогенных процессов. В частности, они свидетельствуют о значительной активности термокарста в пределах земель сельскохозяйственного назначения в первой четверти ХХ в. Значительный интерес представляет также отмеченные участниками Якутской комплексной экспедиции примеры традиционного знания сельского населения Якутии в отношении некоторых особенностей формирования термокарстовых форм рельефа, которые впервые в историографии позволили сделать определенные сопоставления в отношении степени соответствия современным представлениям о криогенных процессах.
Автором описано более 20 булгунняхов на месторождении Песцовое, в 10-15 км севернее ст. Тундра, в 98-103 км от г. Новый Уренгой. Высота булгунняхов колеблется в основном от 15 до 20 м, диаметр составляет 150-200 м. Чаще всего в их профиле выделяется пьедестал, высотой около 5-7 м, над которым куполообразно возвышается основной бугор. На одном из бугров, высотой 17 м в 10 км севернее ст. Тундра выполнено более детальное датирование перекрывающего торфа, свидетельствующее о том, что эти булгунняхи формировались сравнительно недавно, во всяком случае не ранее 2,5 тыс. лет назад. Для определения возраста булгунняха был опробован торф, перекрывающий бугор в центральной части и близ подножия на пьедестале. Отбор образцов льда из ядра булгунняха, производился зимой 2013 г. Измерения макрокомпонентного состава льда проводились с помощью ионного хроматографа «Стайер» (Россия), предел детектирования по хлорид-иону 0,02 мг/л. Радиоуглеродное датирование торфа, продемонстрировало относительно молодой возраст перекрывающего торфа в разных частях бугра. В центральной части булгунняха поверхностный торф датирован в 2560 ± 70 лет, торф с глубины 0,3-0,4 м датирован в 5220 ± 50 лет и торф с глубины 0,85-0,9 м имеет возраст 5080 ± 50 лет. На пьедестале торф с глубины 0,05-0,15 м датирован в 5400 ± 40 лет. Во льду ядра булгунняха были определены ионы калия, натрия, кальция, магния, хлора, сульфатов и нитратов. В растворенной форме в изученном инъекционном льду среди катионов доминируют ионы натрия (от 1,5 до 4 мг/л), на втором месте ионы калия (от 0,5 до 2,1 мг/л). Среди анионов преобладает хлор-ион (от 0,6 до 3,3 мг/л), на втором месте сульфат-ион (от 0,3 до 1 мг/л). Отношение хлор-ионов к сульфат-ионам варьирует от 0,7 до 3,7, составляя в среднем 1,7.
Архипелаг Шпицберген - территория с уникальным ландшафтно-геологическим и биологическим разнообразием, которое находится под угрозой деградации вследствие природной динамики температур воздуха и сокращения площади и мощности многолетнемерзлых пород. Кроме того, в настоящее время на Шпицбергене продолжается добыча полезных ископаемых (каменного угля, руд цветных металлов, углеводородов), а также из года в год возрастает объем туристического потока. Эти причины неминуемо приводят к активизации процессов трансформации местных арктических экосистем. Летом 2024 г. проведены полевые исследования почв и природных вод криогенных ландшафтов приморских низменностей на острове Западный Шпицберген в районах залива Грён-Фьорд (пос. Баренцбург) и бухты Колсбей (полярная станция Колсбей). Описаны 19 профилей почв, отнесённых к 8 различным типам. Почвы описывались в ходе полевых работ по классификации и диагностике почв России 2008 г. Заложение разрезов почв проводилось по ландшафтно-геохимическому (катенарному) принципу. В структуре почвенного покрова возвышенных геоморфологических уровней - I и II морских террас (в т. ч. частично перекрытых делювиальными шлейфами) доминируют криозёмы глееватые и петрозёмы гумусовые. Поверхность почв на этих уровнях осложнена нанополигональным криогенным микрорельефом. Почвенное разнообразие более низких геоморфологических уровней - речных пойм и низменных морских (периодически затапливаемых) аккумулятивных берегов, - представлено пелозёмами и петрозёмами, а также сульфидными солончаками, формирующимися в условиях близкого к поверхности залегания плотных пород и активного воздействия морских вод. Большая часть исследованных природных вод характеризуются невысокими значениями окислительно-восстановительного потенциала 100-250 мВ, а значения их кислотности варьируют в широких пределах от 6,5 до 9,5. Торфяно-глеезёмы, развивающиеся на низменностях при периодическом затоплении морскими водами, характеризуются наиболее щелочной реакцией среды и сочетанием отрицательных значений окислительно-восстановительного потенциала (до -3 мВ) с высокой минерализацией (в пределах 3-5 г/л). Почвы этих ландшафтов являются наиболее перспективными для изучения латеральной миграции веществ в катенах приморских криогенных ландшафтов Шпицбергена, поскольку здесь могут формироваться контрастные латеральные геохимические барьеры.
Изучены сингенетические композитные песчано-ледяные жилы 10, 11, 12, 13, 14 и 15, располагающиеся в толще верхнего песка Батагайского оврага, расположенном в 10 км юго-восточнее пос. Батагай. Цель работы исследовать состав ионов в сложных песчано-ледяных жилах, для установления особенностей образования композитных жил. В ионном составе композитных песчано-ледяных жил 10-15 из верхнего песка преобладают анионы сульфатов, их содержание достигает 372 мг/л, среди катионов преобладает кальций - до 148 мг/л. Велико содержание хлоридов - до 94 мг/л, соотношение анионов хлоридов к сульфатам достигает 2,7. Среди катионов выделяются кальций - до 172 мг/л и натрий до 117 мг/л. Содержание катионов магния - до 115 мг/л. Измерения выполнены с использованием ионного хроматографа «Стайер». Значения ЕС в среднем составляют в песчано-ледяных жилах: №10 - 407 мсм, №11 - 742 мсм, №12 - 583 мсм, №14 - 783 мсм, №15 - 696 мсм. Средние значения содержания катионов натрия в песчано-ледяных жилах: №10 - 22 мг/л, №11 - 63 мг/л, №12 - 28 мг/л №14 - 57 мг/л, №15 - 35 мг/л. Средние значения содержания катионов кальция в песчано-ледяных жилах: №10 - 0,42 мг/л, №11 - 89 мг/л, №12 - 63 мг/л №14 - 92 мг/л, №15 - 98 мг/л. Средние значения содержания анионов хлоридов в песчано-ледяных жилах: №10 - 23 мг/л, №11 - 48 мг/л, №12 - 41 мг/л №14 - 51 мг/л, №15 - 35 мг/л. Средние значения содержания анионов сульфатов в песчано-ледяных жилах: №10 - 27 мг/л, №11 - 104 мг/л, №12 - 105 мг/л, №14 - 128 мг/л, №15 - 64 мг/л. В целом ионный состав композитных песчано-ледяных жил существенно отличается от ионного состава ледяных жил Батагайской едомы.