ИСТИНА

В настоящее время в связи с истощением запасов нефти и газа в обжитых и транспортно легко доступных районах России начинается новый этап освоения отдаленных месторождений на побережье и шельфе арктических морей. Суровость природных условий - важнейший фактор, лимитирующий применение тех или иных промышленных технологий. Игнорирование природных факторов и, в частности, термоабразии берегов, может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций, природных и техногенных катастроф, устранение последствий которых может свести на нет выгоды от добычи полезных ископаемых. Термоабразия – процесс разрушения берегов и подводного склона, сложенных мерзлыми дисперсными породами. Динамика типичных термоабразионных берегов в общем виде определяется сочетанием и взаимодействием термического и волно-энергетического факторов. В условиях глобального изменения климата и ледовитости арктических морей в последнее десятилетие отмечается рост влияния на динамику берегов как термического, так и волно-энергетического факторов. Усиление абразии происходит как в результате более интенсивного оттаивания мерзлых грунтов под действием более высоких температур воздуха и воды, увеличения количества осадков, так и за счет увеличения волнового воздействия на берег, рост которого обусловлен расширением динамически активного периода и увеличением длины разгона волн. Наряду с климатическими факторами на динамику берегов криолитозоны заметно влияет техногенный фактор, вызванный нарушениями окружающей среды в процессе строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Наиболее опасный случай наблюдается тогда, когда проявление климатического фактора и локальные техногенные нарушения совпадают по фазе и времени. Совместное влияние этих факторов приводит к негативному синергетическому эффекту, приводящему к катастрофическому сценарию многократного ускорения разрушения берегов в криолитозоне. Абразия берегов относится к категории опасных процессов применительно к объектам прибрежной инфраструктуры. Недооценка ее величин может привести к повреждению инженерных сооружений, к примеру, к оголению трубопроводов; в тоже время излишнее их заглубление сильно удорожает их строительство. Найти оптимальный вариант и, тем самым, снизить риски возникновения чрезвычайных ситуаций в настоящее время наиболее актуальная задача науки и практики. Причем задача эта усложняется тем фактом, что активное освоение прибрежно-шельфовой зоны арктических морей в настоящее время ведется в условиях глобальных климатических изменений. Достоверный прогноз динамики термоабразионных берегов невозможен без понимания механизма и движущих факторов их развития. Важнейшим звеном понимания механизма развития термоабразионного берега, в свою очередь, являются натурные наблюдения за процессом их разрушения (термоденудации) и отступания берегов (волновой абразии). Только натурный ряд наблюдений позволяет реконструировать условия термоабразии берегов и построить надежные корреляционные зависимости относительно активных гидродинамических факторов, определяющих термический и волновой режим. Использование разновременных спутниковых изображений, в свою очередь, позволяет дополнить данные натурных наблюдений и расширить период оценки изменения скоростей отступания берегов. Впервые предполагается дать прогноз, учитывающий как современные тенденции изменения климата, так и техногенные нарушения. Предлагаемые в рамках проекта методы и подходы являются инновационными, так как ранее не были в полной мере реализованы. В особенности это относится к анализу межгодовой изменчивости гидрометеорологических факторов, их влияния на динамику берегов в условиях изменения климата. Таким образом, проект предполагает качественную и количественную оценку влияния меняющихся во времени и пространстве факторов природной и техногенной среды на динамику берегов Российской Арктики на рубеже XX и XXI веков.

At present, as a result of depletion of the existing oil and gas reservoirs in the settled and easy to access regions of Russia, a new stage of exploration at remote sites on the coasts and shelves of the Arctic seas starts. Severe natural conditions in this case are the most important factor limiting the use of some industrial technological solutions. Ignorance of the natural factors, including, in particular, thermal abrasion, can lead to accidents, natural and technogenic catastrophes, the damage of which can exceed the profit of the natural resources exploration. Thermal abrasion is the process of destruction of the coasts and underwater slope composed by frozen loose deposits. The dynamics of the typical thermoabrasional coasts are generally determined by the interaction of the thermal and wave energy factors. In the conditions of global change in climate and sea ice conditions during the last decade, both of the forces have increased their magnitude. Abrasion is increasing both as a result of more intensive thawing of the frozen grounds due to higher air and water temperatures, together with precipitation, as well as in response to more intensive wave action on the coasts caused by the growth of the dynamically active period and wave fetch. Apart from the climatic factor, technogenic impact owing to disturbances of the natural environment during constructional works and exploitation of engineering facilities considerably influences the dynamics of the coastal zone. The most dangerous situation appears when climatic changes and technogenic disturbances occur at the same area during the same time period. The joint action of these factors leads to a negative synergetic effect, resulting in a catastrophic scenario of dramatic abrasion increase in the cryolithozone. Coastal abrasion represents considerable danger for oil and gas infrastructure objects, in particular, underwater pipelines. The question of determining the appropriate deepening of the pipeline is of great relevance. Underestimation of the abrasion rates can lead to damage of the constructions; at the same time, excessive deepening increases the expenses. Finding the optimal variant and decreasing the risks of accidents is a challenging issue for both fundamental and practical investigations. Moreover, the global climate change accompanying the active modern oil and gas exploration within the coastal and shelf zone of the Arctic seas make the problem even more complicated. Reliable forecasting of the thermoabrasional coasts’ dynamics is impossible without the understanding of the mechanisms and driving factors of their development. An important stage in the investigations of the development process are natural observations of the destruction of the coasts (thermodenudation) and their retreat (wave abrasion). Only a wide range of natural observations allows to reconstruct the conditions of thermal abrasion and to provide reliable correlation dependence with respect to the active hydrodynamic factors determining the thermal and wave regime. For the first time, it is being planned to provide a forecast taking into consideration not only the modern climate change trends, but also technogenic impact. The methods and approaches suggested in the framework of this project are innovative as they haven’t been implemented to the full extent earlier. In particular, this can be specially referred to the analysis of the multiannual changes of the hydrometeorological factors and their impact on coastal dynamics in the conditions of climate change. In this way, the project aims to assess qualitatively and quantitatively the impact of the spatially and temporarily changing natural and technogenic factors of the coastal dynamics in the Russian Arctic at the beginning of the XXI century.

В 2017-2018 году в рамках решения задачи, на которую направлен проект, будет заложена база для последующего успешного определения на 2 и 3 этапах исследования (2018-2019 гг.) качественных и количественных характеристик изменчивости абразионного (термоабразионного) и термоденудационного процессов на рубеже XX и XXI веков под воздействием глобального потепления. Будут собраны, обработаны, обобщены и проанализированы или рассчитаны исходные гидрометеорологические характеристики, являющиеся основной движущей силой абразионного (термоабразионного) процесса. В тоже время, они представляют и самостоятельную научную ценность, характеризуя тенденции изменения окружающей среды, климата и ледовых условий в Карском регионе Российской Арктики. В итоге будут получены следующие научные результаты: 1) оценки изменения температурного режима на ГМС Марре-Сале (Карское море) с 1981 по 2016 гг.; 2) оценки изменения суммы положительных температур на ГМС Марре-Сале с 1981 по 2016 гг.; 3) оценки изменения уровня моря и параметров волн на ГМС Марре-Сале; 4) оценки изменения продолжительности динамически активного (безледного) периода на ГМС Марре-Сале с 1978 по 2016 гг.; 5) таблица сроков формирования припая на ГМС Марре-Сале с 1978 по 2016 гг.; 6) оценки изменения площади ледяного покрова в Карском регионе (по результатам анализа спутниковых изображений сплоченности ледяного покрова) с 1978 по 2016 гг.; 7) результаты расчета волновых энергетических характеристик по методу Попова-Совершаева для внешней границы береговой зоны в районе м.Харасавэй (Карское море) с 1978 по 2016 гг. 8) графики скоростей отступания берегов Байдарацкой губы Карского моря (Уральский и Ямальский берег) и м. Харасавэй по результатам натурных полевых наблюдений; 9) геолого-геоморфологические профили на ключевые участки термоабразионных берегов (Уральский и Ямальский берег Байдарацкой губы, Харасавэй) с указанием мерзлотных особенностей. Таким образом, к середине 2018 года будут выполнены оценки изменчивости гидрометеорологических (термических, ветро-волновых, ледовых) характеристик в XX и начале ХХI веков; оценки влияния изменений термического режима на ледовитость морей и ветро-волно-энергетические характеристики береговой зоны; проведен анализ тенденций изменений климата и ледовитости в Карском регионе, как факторов динамики берегов, сложенных дисперсными многолетнемерзлыми породами. Данные результаты будут представлены в виде промежуточного научно-технического отчета по проекту за 2017-2018 год. Результаты исследований по проекту будут доложены на Конференции Европейского Географического Общества (EGU) (г. Вена, Австрия) или Американского Географического Общества (AGU) (г. Нью-Орлеан, США) По теме исследования будет подготовлена статья в журнал, индексируемый Web of Science или Scopus – "Криосфера Земли" ("Earth's Cryosphere"), со ссылкой на проект РНФ.

Руководитель проекта имеет значительный опыт в исследованиях рельефа берегов арктических морей России. В 2015-2016 годах она руководила грантом Ученого Совета географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, посвященным вопросам динамики берегов арктических морей России в условиях меняющегося климата. В 2016-2017 году она участвовала в качестве руководителя в проекте РФФИ 16-35-00453 мол_а " Формирование рельефа и новейших отложений северной части Ямала и Гыдана под влиянием вертикальных движений земной коры и колебаний уровня моря, в настоящее время руководит проектом РФФИ 16-35-60118 мол_а_дк " Голоценовые вертикальные движения земной коры на побережьях Российской Арктики: характер и скорости" и проектом РФФИ 16-45-890076 р_а "Четвертичные отложения Гыданского полуострова и северного Ямала: стратиграфия, происхождение, условия формирования". Кроме того, руководитель проекта выполняла роль ответственного исполнителя по проектам РФФИ 14-05-00408 а "Рельефообразующая деятельность морских льдов в условиях изменения климата Арктики" и РНФ 141700183 «Разработка единой системы комплексного мониторинга термоабразионных и ледово-экзарационных процессов в прибрежно-шельфовой зоне морей Российской Арктики». В рамках обозначенных исследований был получен первый опыт расчетов волновой энергии по оригинальной методике расчета межгодовой изменчивости волновых энергетических характеристик на внешней границе береговой зоны. Проведен корреляционный анализ различных гидрометеорологических параметров между собой и с величинами отступания берегов на стационарах, где Лаборатория геоэкологии Севера географического факультета МГУ совместно с ФГБУ «ГОИН» ведут стационарные наблюдения за динамикой берегов.

По итогам проекта будут получены следующие научные результаты: 1. Обзор факторов динамики термоабразионных берегов и связей между ними (схема, текст): оценки тенденций изменений климата и ледовитости, как факторов динамики берегов, сложенных дисперсными многолетнемерзлыми породами; 2. Анализ динамики термоабразионных берегов ключевых участков нефтегазового освоения на побережье Карского моря. Для ключевых участков будут получены следующие результаты: - оценка геоморфологических особенностей, состава и криолитологического строения четвертичных отложений; - оценки изменчивости гидрометеорологических (термических, ветро-волновых, ледовых) характеристик в XX и начале ХХI веков; - расчетные величины ветроволновой энергии как величины, от которой зависит скорость отступания термоабразионных берегов; оценка изменчивости ветроволноэнергетического фактора; - оценка влияния техногенных нарушений на береговую зону (время проявления, интенсивность); - анализ ряда натурных наблюдений за отступанием берегов (полевых измерений с 1980х годов по настоящее время): графики, диаграммы; - результаты дешифрирования разновременных спутниковых изображений: схемы дешифрирования, рассчитанные скорости отступания; - анализ причин пространственной изменчивости скоростей отступания термоабразионных берегов ключевых участков: качественная оценка вклада свойств многолетнемерзлых отложений, наличия подземных льдов, изменений вдольбереговых потоков наносов, техногенных нарушений; - анализ причин временной изменчивости скоростей отступания термоабразионных берегов ключевых участков: оценка соотношения влияния температуры и ветроволновой энергии на отступание берегов; выявление периодов ускорения термоабразии, связанных с высокой антропогенной нагрузкой в определенные годы; определение эффекта, связанного с совместным одновременным действием гидрометеорологического и техногенного фактора. 3. Сравнение динамики берегов ключевых участков с отступанием термоабразионных берегов других арктических морей 4. Прогноз динамики термоабразионных берегов на ключевых участках нефтегазового освоения к 2050 году для различных сценариев изменения климата и ледовитости.