CC BY
50
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
ЖИЗНЬ РОССИЙСКОГО ПОСЕЛКА НА ШПИЦБЕРГЕНЕ: СТРОИТЕЛЬСТВО, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ Тополева А.Н. Email: [email protected]
Тополева Арина Николаевна — гляциолог, кафедра криолитологии и гляциологии, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва
Аннотация: в данной статье рассматриваются основные причины, затрудняющие рост и дальнейшее развитие российских поселков на арктическом архипелаге Шпицберген (норв. Svalbard) на примере поселка Баренцбург. К этим причинам относятся как политические сложности нахождения в Арктическом регионе, так и физико-географические. Блок физико-географических сложностей обусловлен суровым полярным климатом, т.к. вследствие воздействия низких отрицательных температур и воздушных масс, приходящих с Атлантики, на всех островах архипелага развито оледенение и широко распространены мерзлые породы. Вследствие гористого рельефа и наличия льда в породах серьезную опасность для инфраструктуры представляют происходящие здесь склоновые процессы. В статье приводятся примеры негативного воздействия геокриологических и инженерно-геокриологических процессов, разрушающих инфраструктуру, а также рассматриваются возможные направления для развития поселка в будущем.
Ключевые слова: Арктика, Шпицберген, опасные нивальные процессы, строительство на мерзлоте, развитие северных поселений.
LIFE OF THE RUSSIAN VILLAGE IN SVALBARD: CONSTRUCTION,
PROBLEMS, PROSPECTS Topoleva A.N.
Topoleva Arina Nikolaevna — Glaciologist, DEPARTMENT OF CRYOLITHOLOGY AND GLACIOLOGY, LOMONOSOV MOSCOW STATE UNIVERSITY, MOSCOW
Abstract: this article discusses the main reasons that impede the growth and further development of Russian villages in the Arctic Svalbard archipelago (Norwegian. Svalbard) on the example of the village of Barentsburg. These reasons include both the political difficulties of being in the Arctic region and the physical and geographical ones. The block of physical and geographical causes is due to the polar climate, as due to the influence of low negative temperatures and air masses coming from the Atlantic, glaciation is developed on all islands of the archipelago and frozen rocks are widespread. Due to the mountains and the presence of ice in the rocks, the slope processes occurring here pose a serious danger to the infrastructure. The article gives examples of the negative impact of geocryological and engineering-geocryological processes that destroy the infrastructure, and also considers possible directions for the development of the village in the future.
Keywords: Arctic, Svalbard, dangerous nival processes, building on permafrost, development of northern settlements.
УДК 551.345 DOI: 10.24411/2304-2338-2019-11105
Шпицберген еще в 1920 году в рамках проведения Версальской мирной конференции был передан в собственность Норвегии, но с одним важным примечанием: его территория объявляется нейтральной, и на всех островах обеспечивается свободная экономическая, научная и прочая мирная деятельность государств-участников Парижского договора о Шпицбергене. В настоящее время численность населения Шпицбергена не превышает 3000 -3500 человек в зависимости от времени года (по некоторым данным белых медведей здесь около 5000 особей). Самым крупным населенным пунктом и столицей является норвежский поселок Лонгйирбьюен, с численностью населения около 3000 человек; российский поселок Баренцбург насчитывает всего лишь первые сотни человек.
Присутствие иных государств на островах архипелага, кроме Норвегии, определяется в большей степени тем, ведет ли добывающую деятельность это государство. Основной
деятельностью Российской стороны является добыча угля государственным трестом «Арктикуголь». В ходе проверок, оценки деятельности и тщательных подсчетов еще в 20022004 годах было отмечено, что добыча угля здесь является убыточной. С тех пор вопросы модернизации производства и обеспечения дальнейшего российского присутствия на архипелаге обсуждались неоднократно на высшем уровне. При этом основные направления российской деятельности в целом не менялись. При ежегодном наращивании присутствия норвежцев (активное развитие туризма, ежегодное строительство все новых жилых зданий, огромные дотации в научную сферу и т.д.), российской экономической деятельности становится все меньше.
Чем сложно строительство на Шпицбергене?
Особенности строительства на многолетнемерзлых грунтах. Опасные процессы и явления.
Географическое положение рассматриваемого архипелага определяет особенности планирования, строительства и эксплуатации всех инженерных сооружений на его территории.
Рис. 1. а) Насосная и трансформаторная будка в Лонгйирбьюене, б) жилой дом Баренцбурга
На всех островах этого арктического архипелага вследствие воздействия низких температур широко распространены мерзлые породы, в которых вода представлена в виде льда размерами от отдельных малых кристаллов до огромных ледяных прослоев. Отепляющее влияние ветви Гольфстрима создает специфические «мягкие» условия существования мерзлоты: здесь она самая теплая и засоленная по сравнению с другими островами Арктики. Строительство на таких высокотемпературных засоленных мерзлых породах приводит к сокращению срока эксплуатации зданий и сооружений. Некоторые из зданий, которые были построены на Шпицбергене в середине 20 века, до сих пор используются, но большинство из них получили серьезные повреждения.
В отличие от Норвежских поселений, где преобладают одноэтажные и двухэтажные частные постройки, которые не несут существенную внешнюю нагрузку на основания, на территории российского поселка Баренцбург находятся многоэтажные дома с тяжелыми бетонными и железобетонными фундаментами различных конструкций, которые передают значительные нагрузки на массивы мерзлых пород, выступающих в качестве основания (рис. 1). Многие здания, которые были построены в начале прошлого века, сейчас находятся в аварийном состоянии и вход в них категорически воспрещен.
Рис. 2. Нежилой дом в пос. Баренцбург (фото автора)
Деформации зданий и сооружений возникают как вследствие естественных инженерных причин (истекает срок службы здания), так и вследствие внешних: климатических (при строительстве не были учтены столь стремительные темпы к потеплению) и криолитологических (поселок, построенный на склоне, испытывает на себе влияние склоновых мерзлотных процессов) факторов.
Для мониторинга температурных полей мерзлых грунтов в условиях изменяющегося климата на сегодняшний день на архипелаге создано несколько наблюдательных площадок и скважин. Одна из таких термометрических скважин (109 м) была пробурена в 1998 году в месте под названием Янссонхауген в 20 км к востоку от Лонгйирбьюена [6]. Ряды данных показывают непрерывное повышение температуры мерзлых пород на глубинах до 80 м [5]. При этом наибольшее повышение температуры отмечается в верхних 10-20 метрах за последние 20 лет. Повышение температуры в верхних слоях массива мерзлых пород ведет к увеличению толщины деятельного слоя (слой промерзания-оттаивания) в среднем на 2,5 см/год. А чем больше деятельный слой, тем больше вероятность развития инженерно-геокриологических процессов, которые приводят к деформациям или полному разрушению объектов инфраструктуры, т.к. первоначальное проектирование велось для других условий. Возникают как мелкие деформации в фундаментах зданий и сооружений вследствие развития осадок основания, так и серьезные, приводящие к аварийному состоянию. Поэтому важно проводить соответствующие технические мероприятия по поддержанию стабильности мерзлотных условий сразу после возведения зданий. А проводятся ли такие инженерно-мерзлотные работы в Баренцбурге, вопрос открытый (рис. 2.).
Фиксируемое увеличение толщины деятельного слоя также приводит к активизации криогенных процессов, в том числе склоновых: учащению схода обвалов, оползней, осыпей. Солифлюкционные движения грунтов происходят в большем объеме, затрагивая все большие площади. При гористом рельефе Шпицбергена понимание и учет при строительстве этих процессов является очень важным.
Оползни
Оползень - отрыв земляных масс и слоистых горных пород и перемещение их по склону под влиянием силы тяжести; является одним из типов гравитационных движений (перемещений) [1].
Сход оползня является наиболее распространенным опасным процессом и может привести к серьезным повреждениям зданий и сооружений и даже полному разрушению. Развитию
оползневого процесса способствует сплошное распространение многолетнемерзлых пород и значительная расчлененность рельефа.
Рис. 3. Оползень над поселком Баренцбург (фото Хайрединова)
При оползании в зонах развития многолетнемерзлых пород происходит смещение протаявшего блока породы под действием гравитации по мерзлому основанию вниз. Также смещение пород может происходить вследствие разжижения под действием температур пород сезонно-талого слоя и их вязко-пластичного течения по поверхности мерзлоты. Расположенный у подножья горы Улав поселок Баренцбург особенно подвержен опасности схода оползня на постройки. Наглядным примером такой опасности может служить обнаруженный летом 2017 года оползень, остановившийся над зданием отеля и больницы Баренцбурга (рис. 3). Движение оползня осуществлялось по трем направлениям. В результате образовались три борозды выпахивания с бортами из вынесенного материала.
Солифлюкция
Солифлюкция - медленное передвижение протаивающих переувлажненных почв и дисперсных грунтов на пологих склонах рельефа, возникающее под влиянием попеременного промерзания и протаивания почв и пород, действия силы тяжести, криогенных процессов (миграция влаги, смена фаз воды, пучение и усадка при промерзании и протаивании) и др. В отличие от других флювиальных передвижений дисперсных материалов на склонах, солифлюкционное течение грунтов происходит по мерзлой поверхности еще непротаявшего основания, сцементированного льдом [2].
Рис. 4. Пример солифлюкции. Раньше на этих сваях стоял дом (фото Х.Х. Кристиансен)
Это явление широко распространенно в полярных областях. Солифлюкционное течение пород начинается с начала протаивания грунтов на склонах в 2-3°. При больших углах склонов скорость перемещения протаявшего материала увеличивается и солифлюкция может перерасти в оползневые процессы. Передвижение протаявшего материала происходит неравномерно в зависимости от состава слагающих горных пород: более тонкозернистый и коллоид, материал передвигается быстрее вместе с влагой, более грубозернистый и крупнообломочный — дольше задерживается на месте до момента полного протаивания в нижних частях [2].
Солифлюкция широко распространена на низкораспороженных склонах Шпицбергена, где и расположены в основном поселения архипелага (рис. 4.). Солифлюкция хоть и является достаточно медленным процессом, однако ежегодно смещая фундамент здания на небольшую величину, может в итоге полностью разрушить постройку. Разрушающую способностью солифлюкции увеличивает и такое все чаще встречающееся явление, как теплые дожди зимой. Вместе с дождем в грунт попадает излишнее тепло, которое ведет к повышению температуры грунта до глубины двух метров [7]. Такой протаявший переувлаженный грунт с большей скоростью скользит вниз по склону по подошве мерзлоты. Следовательно, важно также надлежащим образом учитывать процессы солифлюкции на этапах проектирования и строительства новой инфраструктуры.
Осыпи
Осыпи - это передвижка по склону не сплошных, а состоящих из отдельных обломков масс грунта [3].
Рис. 5. Обвально-осыпные склоны над поселком Баренцбург (фото автора)
Осыпных склонов на Шпицбергене, и особенно в районе Баренцбурга, достаточно много (рис. 5). Осыпь образуется вследствие физического выветривания пород, т.е. дробления породы на более мелкие фракции и их движения вниз по склону. При перемещении вниз щебня и дресвы образуется осыпной лоток, а когда угол становится меньше угла откоса, то движение прекращается и формируется конус осыпи. Осыпи значительно осложняют строительство, т.к. обломочный материал засыпает сооружения и площади, которые могли бы подойти под возведение новых объектов. Тем самым осыпи сильно ограничивают поселок в возможности расширить свою площадь.
Курумы
Курумы - подвижные скопления дресвяно-щебнисто-глыбового материала на склонах различной крутизны (от 3 до 45°), сложенные преимущественно скальными породами [2], [4].
Рис. 6. Каменный чехол (курум) (фото автора)
Курумы, или каменные реки, могут представлять опасность вследствие того, что такое скопление обломков горных пород постоянно движется вдоль ложбин склонов. Грубообломочный чехол курумов мощностью до 1,5-3 м движется благодаря десерпции (крипу), т.е. медленному сползанию, образованию и таянию гольцового льда, суффозии мелкозёма и т.д. Скорость движения чехла изменяется от нескольких мм до нескольких см в год. Однако кроме этого могут возникать быстрые подвижки, в случае внешнего воздействия, когда курумный чехол не сцементирован льдом.
Курумы представляют серьёзные препятствия при строительстве вследствие сползания и обрушения грубообломочного материала в выемках дорог, бортах карьеров и т. д., а также ведут к образованию в них весной наледей талых снеговых вод (рис. 6).
Рис. 7. Здание школы и детского сада с холодным проветриваемым подпольем (фото автора) Камнепады
Камнепады, как и оползни, имеют такие же исходные области формирования на довольно крутых склонах, обычно превышающих 30-40 градусов. При возникновении малых по размеру камнепадов большую роль играет цикл промерзания - оттаивания горных пород. Замерзая в маленьких трещинах в породе, вода расширяется, напряжение в трещине растет, порода начинает дробиться на более мелкие фракции. Это приводит к тому, что под силой тяжести такие обломки начинают скатываться вниз по склону в виде камнепада. В результате
образуются большие коллювиальные конуса выноса, по которым можно судить об активности таких склоновых процессов.
Вместе с экзогенными мерзлотными процессами, негативно воздействующими на инфраструктуру поселка, серьезные повреждения у сооружений могут возникнуть вследствие поступления избыточного тепла от самого здания в грунт.
Для предотвращения таких последствий все здания Баренцбурга были построены на свайном фундаменте с холодными проветриваемыми подпольями. Такой своеобразный нулевой этаж создает свободное циркулирование холодного воздуха под зданием, не давая теплу проникнуть в мерзлый грунт и препятствуя образованию зоны протаивания под сооружением и дальнейшей просадки (рис. 7). Летом же создается естественная тень, препятствующая проникновению солнечных лучей. На сегодняшний день при почти полном отсутствии проведения работ по поддержанию зданий в работоспособном состоянии наиболее часто встречаются деформации, связанные с просадкой фундаментов и выпучиванием свай.
Рис. 8. Пример выноса линейных систем теплоснабжения над поверхностью грунтов (фото автора)
Деформации происходят и с линейными сооружениями, такими, как инженерные сети теплоснабжения, водоснабжения, канализации, дорожные сети.
Все линейные сооружения так же как и здания, были выведены над поверхностью грунтов на некотором возвышении (рис. 8). Однако, такие одиночные меры могут оказаться неэффективными, если не проводить регулярный мониторинг мерзлотной обстановки и состояния сооружений. Примером необходимости проведения соответствующих работ может служить состояние трубопровода, распложенного в северной части поселка (рис. 9). Разрушение системы теплоизоляции вследствие пучения грунтов и просадки при протаивании привело к серьезным деформациям трубопровода.
Рис. 9. Трубопровод пос. Баренцбург (фото автора)
Пучение грунтов является для инфраструктуры довольно опасным природным процессом. Оно возникает при промерзании грунта: вода, содержащаяся в грунтах, при замерзании переходит в лед и увеличивается в объеме. Происходит разуплотнение скелета грунта. Больше всего пучению подвержены пылеватые грунты, имеющие связную воду и способные хорошо ее проводить. В процессе их промерзания и миграции влаги появляются сегрегационные подземные льды. Менее всего способны к пучению песчаные грунты.
Возникающие вертикальные касательные напряжения при соприкосновении пучинистого грунта с фундаментом по боковым граням, а также на подошве фундамента, приводят к тому, что фундамент начинает перемещаться вверх, выпучиваться (при условии, что равнодействующая направленных вверх сил пучения превысит действующую на фундамент вертикальную нагрузку и его вес). Неравномерный подъем фундаментов приводит к деформациям над-фундаментных частей сооружения.
Морозное пучение является процессом, который осложняет освоение территории. Возникающие положительные формы рельефа быстро деформируются при смене условий теплообмена на границе грунт - атмосфера при строительстве и не могут использоваться в качестве оснований для основных видов строительства.
В целом можно подытожить, что для решения существующих проблем, связанных с состоянием объектов инфраструктуры и жилищного фонда, необходимо:
1. Разработка системы мониторинга за деформациями в сооружениях и проведение соответствующих работ по сохранению несущей способности оснований и фундаментов зданий
2. Проведение мониторинга температуры многолетнемерзлых пород и криогенных процессов
3. Проведение в нужном объеме капитального ремонта поврежденных частей зданий и сооружений с применением современных материалов и технологий
Перспективы.
Несмотря на все сложности в обеспечении жизнедеятельности поселка, Баренцбург является перспективной арктической точкой для нескольких векторов развития на карте нашей страны.
Добыча полезных ископаемых
Основная экономическая деятельность на Шпицбергене в ближайшие десятилетия будет представлена добычей угля. Однако перспективы развития угледобычи весьма туманны. На данный момент все шахты, кроме шахты в поселке Баренцбург, законсервированы. Добыча угля в Баренцбурге составляет порядка 120 тыс. тонн в год, из которых 40-60 тыс. тонн уходит на удовлетворение собственных нужд. Остальная часть отгружается танкерами на большую землю. Такое производство нерентабельно, уголь имеет низкое качество, однако полностью прекращать добычу нельзя, т.к. это единственный вид хозяйственной деятельности, позволяющий сохранять присутствие российской стороны на Шпицбергене. По подсчетам запасы угля при таких объемах добычи будут выработаны к 2020-2032 гг. При этом обсуждается возможность возобновления угледобычи в законсервированных поселках Пирамиде и Грумант.
Рыболовство
Промышленный вылов рыбы в зоне Шпицбергенского квадрата является трудноосуществимым. Эта одна из проблем, которая осложняет развитие отношений между Россией и Норвегией. Ежегодно Норвегией принимается около 10 нормативных документов, которые регулируют ведение промысловой деятельности. Российские суда неоднократно задерживались норвежскими рыбоохранными судами. В ходе многочисленных судебных разбирательств подавляющее большинство арестов были признаны незаконными. В ходе таких трений промысел был почти полностью подавлен
Научные исследования
Научная деятельность на Шпицбергене и в частности в пос. Баренцбург является одним из самых популярных направлений. Это уникальный исследовательский полигон для проведения множества натурных экспериментов, а также для пополнения рядов метеоданных, на основе которых могут быть построены наиболее точные климатические модели. Только в одном Баренцбурге ведут свою деятельность 10 научных центров и институтов. Исследования ведутся по различным направлениям: геофизика, гидрология, геология, океанология, метеорология, археология, биология, гляциология и криолитология. Постоянно работают Гидрометеорологическая обсерватория Росгидромета и Станция нейтронного мониторинга в обсерватории Полярного геофизического института (самая северная в мире). Ведется активное международное научное сотрудничество.
Для проведения исследований, камеральной работы и проживания ученых были построены два лабораторных корпуса, химико-аналитическая лаборатория, общежитие, гараж и примыкающий ангар для хранения техники и два склада. Также в зданиях находится пункт приема спутниковой информации, измерительное метеорологическое оборудование, лекционный зал. Второй этаж лабораторного корпуса занимает ФГБУ "Мурманское УГМС", сотрудники которого круглогодично ведут гидрометеорологические наблюдения в пос. Баренцбург.
Оснащенность научным оборудованием предоставляет хорошие возможности для решения всевозможных задач. Сухопутные и водные транспортные средства позволяют либо сократить время в пути до нужного полигона исследований, либо и вовсе приехать к нему. Вместе с этим с целью обеспечения безопасности людей любой группе ученых выдается оружие и средства связи.
Туризм
На сегодняшний день туризм является неотъемлимой частью экономики Шпицбергена. Российская туристическая компания «Грумант» приносит ежегодно около 160 миллионов рублей прибыли и это далеко не предел. На Шпицбергене интересно все. Это, в первую очередь, природа: ледники, озера, водопады, огромные ледниковые долины. Во-вторых, разнообразный животный мир: песцы, северные олени, нерпы, белухи, киты и белые медведи. В связи с тем, что последних на архипелаге в разы больше, чем людей, из поселков запрещено выходить без оружия. Также все связано с историей освоения Арктики: здесь на рейде стоял легендарный «Фрам» Нансена, зимовал много десятков раз помор Иван Старостин, а также есть древнее становище поморов. Недавно археологи обнаружили окаменелый след динозавра и множество окаменелых остатков растений, свидетельствующих о том, что некогда здесь произрастали огромные широколиственные деревья и климат был близок к тропическому. Рядом с Баренцбургом стоит корабельная пушка, которая участвовала в дуэли с немецким линкором «Тирпиц». Первая радиостанция на Шпицбергене помогала организовывать связь полярных экспедиций.
Туристическую деятельность можно осуществлять на архипелаге круглогодично: если летом преобладают пешие треккинговые маршруты между поселками, а также рыбалка в заливе Грёнфьорд, то зимой большое количество людей едут сюда ради катания на снегоходах и собачьих упряжках, а также ради обучения в арктической школе каюра.
Кроме этого именно на средства, поступающие от туристической деятельности, был отремонтирован бар «Красный Медведь», где после длительных маршрутов туристы любят проводить вечера; отреставрирован музейно-выставочный центр «ArtArcticGallery», в котором создана большая археологическая коллекция находок, датируемых XVII - XIX веками и связанными с пребыванием поморов; создана хаски-ферма, целью которой является сохранение «чистоты» северных пород собак и популяризация ездового туризма; открыт центр ремесел, где производят сувениры и проводят мастер-классы для туристов и жителей Баренцбурга.
Из года в год количество желающих посетить этот далекий арктический край все растет. Один Баренцбург уже не справляется с наплывом десятков тысяч туристов в год, поэтому в последние года активно реставрируется и восстанавливает инфраструктуру законсервированный в 1998 году поселок Пирамида. Там уже вновь открыт кинотеатр, где показывают старые пленочные фильмы, есть кофетерий с разнообразными горячими напитками и сладостями, бар, отреставрирована библиотека.
В последующие десятилетия туризм здесь будет только процветать: программы на любой вкус доступны почти круглогодично и не наносят ущерба природе. Поэтому на смену основной деятельности - добыче угля - придет туризм. А главное, что Шпицберген наконец-то открывается для россиян, у которых появилась возможность узнать об истории и природе этого далекого края нашей необъятной родины.
Исследования выполнены при поддержке проекта №18-05-60080\18 «Опасные нивально-гляциальные и криогенные процессы и их влияние на инфраструктуру в Арктике (РФФИ)».
Список литературы / References
1. Геологический словарь: в 2-х томах. М.: Недра. Под редакцией К.Н. Паффенгольца и др.,
1978
2. Горная энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е.А. Козловского, 19841991.
3. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное
железнодорожное издательство. Н.Н. Васильев, О.Н. Исаакян, Н.О. Рогинский, Я.Б.
Смолянский, В.А. Сокович, Т.С. Хачатуров, 1941.
4. Тюрин А.Н., Романовский H.H., Полтев Н.Ф. Мерзлотно-фациальный анализ курумов. М.: Наука, 1982. 149 с.
5. Romanovsky V/, Isaksen К., Drozdov D., Anisimov О., Instanes А., Leibman М., McGuire A.D., Shiklomanov N., Smith S. and Walker D. Changing permafrost and its impacts. In: Snow, Water, Ice and Permafrost in the Arctic (SWIPA) // Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP), 2017. Pp. 65-102.
6. Sollid J.L., Holmlund, P., Isaksen, K. & Harris, C. Deep permafrost boreholes in western Svalbard, northern Sweden and southern Norway // Norwegian Journal of Geography, 2000. № 54. Pp. 186-91.
7. Strand S.M. Ground temperature response to winter warm events in Svalbard - A periglacial landform comparison. MSc-thesis, Department of Geosciences, University of Oslo. Pp. 89.
