№ 4 (2025)

Изучены особенности загрязнения атмосферы в нескольких населенных пунктах различного размера, с существенно разным уровнем хозяйственной деятельности, находящихся в различных ландшафтно-морфологических условиях на значительной территории от Уральских гор до Тихого океана. Студенты Сибирской школы геонаук ИРНИТУ, приехавшие из различных городов, отбирали пробы снегового покрова во время зимних каникул, осуществляли пробоподготовку на месте, и затем привозили пробы снеговой воды и сухого остатка в лаборатории Института.Цель детальной характеризации атмогеохимической обстановки в каждом районе не ставилась: работа направлена на изучение возможных диапазонов техногенной и природной вариабельности концентраций нерастворимых и растворимых форм загрязняющих веществ в воздухе промышленных и фоновых территорий в пределах северо-восточной части Евразии, что необходимо для развития теоретического базиса систем экологического мониторинга и оценки фонового состояния природных и природно-антропогенных комплексов в рамках различных проектов хозяйственного освоения этой огромной и богатой природными ресурсами части России. Поскольку вся рассматриваемая территория характеризуется наличием длительной зимы, лучшим способом для интегральной оценки качества атмосферного воздуха являются исследования снегового покрова. В данной работе был изучен химический состав твердого остатка и снеговой воды и осуществлена сопоставительная оценка медианных и предельных концентраций между различными объектами. Авторы рассматривают снегогеохимическую съемку как наиболее перспективный метод исследования фоновых состояний атмосферы и оценки влияния на нее новых и существующих промышленных объектов, который должен стать неотъемлемыми частями экологического обеспечения хозяйственной деятельности в северных районах. Однако база нормирования такого рода данных в настоящее время отсутствует, и для ее формирования необходимо вводить в научный оборот новые данные о снегогеохимии различных северных территорий, поскольку только на основе обобщения значительного объема геохимической информации можно будет достоверно и обоснованно судить о вопросах регионального и локального фона, фактах его превышений и степени их значимости. Кроме непосредственно данных об объектах из различных регионов с разным уровнем и типом нагрузки, среди важных результатов можно отметить фактические оценки информативности различных подходов к методике снегогеохимических исследований.

Норильская промышленная эколого-геологическая система (ЭГС), это одна из самых крупных северных промышленных ЭГС в мире, а также – одна из самых экологически проблемных. Масштабной экологической катастрофой был разлив дизельного топлива в Норильске – произошедший 29 мая 2020 г. в районе Кайеркан города Норильска. Авария привела к утечке около 21 тыс. тонн дизельного топлива. Топливо попало в близлежащие реки Амбарная и Далдыкан, а также озеро Пясино. Эта катастрофа стала одной из крупнейших в истории Арктики: топливо попало в почву и близлежащие водоёмы, включая реки Амбарную и Далдыкан, а также озеро Пясино, которое связано с Карским морем. Причиной аварии стало проседание резервуара из-за деградации многолетнемерзлых пород, усугублённое отсутствием своевременного ремонта. Разлив привёл к массовому загрязнению почвы и водных экосистем, уничтожению популяций рыб и накоплению тяжёлых металлов в их печени. «Норникель» – крупнейший промышленный загрязнитель Арктики. Ежегодно предприятия «Норникеля» выбрасывают в атмосферу около 1,7 млн тонн вредных веществ, а, общий объём выбросов во всей арктической зоне Канады в 2021 году был в 57 раз меньше, чем годовые выбросы «Норникеля». В 2022 г. на Норильск приходилось 10,5 % всех промышленных выбросов в России. Норильск расположен в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Зимой температура воздуха может опускаться до –60 °C. Изменение климата и рост среднегодовых температур в Арктике приводят к повышению температуры и, даже к частичной деградации многолетнемерзлых пород, что угрожает городской инфраструктуре. В течение ближайших десятилетий значительная часть зданий в Норильске пострадает из-за проседания фундаментов. К 2021 г. более 40 % зданий в Норильске уже подверглись деформации. Техногенные сезонные инъекционные бугры пучения, могут формироваться близ г.Норильска из-за больших утечек воды. Обобщены данные, характеризующие особенности техноэдафотопа, техномикробоценоза, технофитоценоза, технозооценоза Норильской промышленной эколого-геологической системы и ее техногенной трансформации.

Предметом исследований являлась функциональная связь коэффициента теплопроводности снега и его плотности при слоистой структуре снежного покрова с различными видами снега. Цель исследований: определение области возможного усреднения значений коэффициента теплопроводности двухслойного снежного покрова, включающего зернистый снег и изморозь. Для достижения цели сделана сравнительная оценка точности формул для определения коэффициента теплопроводности зернистого снега и изморози, которые при одинаковой плотности отличаются по теплофизическим характеристикам за счет различной структуры. Для сравнения использованы известные линейные формулы Павлова, Сулаквелидзе и Чернова для изморози и зернистого снега. Влияние температуры на свойства снега не учитывалось. Двухслойный снежный покров рассмотрен как среда с произвольно изменяющимися по высоте слоями, теплопроводность каждого из которых, определяется по различным формулам. Для получения среднего значения коэффициента теплопроводности использовалось понятие средневзвешенного параметра. В данном случае это сумма произведений коэффициента теплопроводности слоя на его толщину, отнесенная к толщине всего снежного покрова. При этом общая формула включает произвольное соотношение слоев в снежном покрове. В результате анализа вариантных расчетов установлены следующие закономерности, возникающие при усреднении коэффициента теплопроводности двухслойного снежного покрова. При игнорировании наличия слоев в снежном покрове и расчете его теплопроводности только по формуле, характерной для зернистого снега, максимальная абсолютная ошибка (в зависимости от соотношения толщин слоев) не превышает 50%. При расчете по формуле, характерной для изморози, максимальная абсолютная ошибка приблизительно в 2 раза больше и составляет почти 100%. Научная новизна исследований заключается в установлении общей количественной закономерности изменения ошибки расчета коэффициента теплопроводности слоистого снежного покрова при использовании формул, полученным для зернистого снега, или только по формулам, характерным для изморози. Результаты вариантных расчетов возникающих ошибок при не учете слоистой структуры снежного покрова и при учете слоистости с помощью средневзвешенного коэффициента теплопроводности представлены в виде 2D и 3D графиков, позволяющих наглядно убедиться в достоверности проведённых исследований и сделанных выводов.

В последние десятилетия в России отмечается повышение температуры многолетнемерзлых пород, что способствует развитию опасных геокриологических процессов. Оценки влияния изменения климата на динамику мерзлоты и ее характеристик часто оказываются неопределёнными из-за отсутствия достоверных данных наблюдений. В условиях нехватки наблюдений основным методом исследования геокриологических условий становится математическое моделирование. Цель исследования – оценка возможности использования одномерной геокриологической модели GIPL2.0 в задачах расчета и прогноза характеристик мерзлоты в горной криолитозоне Северо-Востока. В работе использованы уникальные данные наблюдений региональной сети мониторинга мерзлоты Магаданской области, а также метеорологические данные станции Колымская. Актуальность работы подтверждается необходимостью учета рисков и адаптации регионов в зоне мерзлоты к прогнозируемым изменениям климата. Для моделирования применялась одномерная модель теплового потока GIPL2.0. Верификация модели производилась на основе данных о температуре пород на двух скважинах в горной части бассейна р. Колымы за период 2022–2025 гг. Прогноз температуры пород до 2040 г. произведен на основе данных эксперимента AMIP-LFMIP-rmLC проекта CMIP6. Верификация модели проводилась до глубины 10 м. Рассчитанная температура пород удовлетворительно совпадает с данными наблюдений до глубины 5 м. Отклонения обусловлены неопределенностью при определении физических свойств пород и влиянием гидрологических процессов на динамику тепла в профиле, неучитываемым алгоритмом модели.Согласно прогнозу изменения климата температура воздуха в верховьях бассейна р. Колымы будет повышаться на 0.9℃/5 лет. Прогноз температуры пород до 2040 года на двух скважинах показал, что температура увеличится на всех глубинах, особенно в слое до 1 м – на 2–3 °C. Согласно расчету максимальная глубина сезонного оттаивания на скважине Гольцы превысит 2 м, а на скважине Перевал Кулу, несмотря на повышение температуры пород, не увеличится. В целом, исследование подчеркивает необходимость использования натурных данных для параметризации и верификации геокриологических моделей в целях повышения точности прогнозов.

На уникальных и высоко изменчивых территориях Арктики за последние десятилетия наблюдается повышение среднегодовых температур воздуха, что влияет на увеличение глубины сезонного протаивания многолетнемерзлых пород, активизацию термокарстовых процессов и ведет к изменению несущей способности грунтов. В связи с этим задачи по разработке технических решений для термостабилизации оснований, геокриологического и геотехнического мониторинга и инженерно-геокриологического прогноза территорий выходят на передний план. Одним из основных методов наблюдений за температурным режимом грунтов является обустройство постоянных термометрических скважин, которые позволяют оценивать как ежегодные, так и многолетние колебания температур. По такому принципу в России создается Государственная система фонового мониторинга. Однако состояние температурного режима верхних горизонтов криолитозоны можно также оценивать по многочисленным замерам температур в скважинах при проведении инженерных изысканий. Наличие сотен измеренных скважин позволяет статистическими методами отсечь ошибочные значения и получить распределение значений по всей исследуемой территории. В статье описаны методические подходы к созданию цифровой модели верхних горизонтов криолитозоны Западного Ямала, основанные на методе матричного районирования с использованием методов статистической обработки данных, регрессивно-корреляционного анализа для выявления зависимостей между параметрами рельефа, ландшафтов и геологической среды. Основой модели послужили данные инженерных изысканий, а также данные дистанционных методов зондирования Земли. Предложенный подход позволяет проводить комплексный анализ и мониторинг состояния мерзлых толщ на данной территории, а также идентифицировать технологические и экономические сложности на этапе проектирования и эксплуатации сооружений. На основе полученных данных были установлены закономерности для интерполяции и экстраполяции инженерно-геокриологических условий на территориях с недостаточной степенью изученности. В результате сформирована модельная база данных с характеристиками, необходимыми для проведения теплотехнического прогноза численными методами, на основе которой создана динамическая геоинформационная модель мерзлотных условий. Практическая значимость разработанных подходов заключается в их универсальности применения при планировании деятельности в криолитозоне. Они могут эффективно использоваться при проведении инженерных изысканий для разработки проектной документации, выполнении теплотехнического прогноза температур грунтов на этапе проектирования, а также в рамках геотехнического мониторинга на стадии эксплуатации объектов.

Предметом исследования настоящей работы является анализ особенностей использования статистико-вероятностных способов адаптированных для прогнозирования квази-эллипсовидных геоморфонеоднородностей с наличием в их пределах осадочных углеводород-насыщенных пористных пород (углеводородных гидратов и скоплений природного газа) в Лаптевском морском и прибрежном сегментах Арктики. Объектом исследования настоящей работы являются углеводород-перспективные квази-эллипсовидные структуры в осадочном чехле земной коры на арктической акватории моря Лаптевых. Актуальность настоящей работы определяется использованием относительно недорогих по своей стоимости математических методов, используемых для статистико-вероятностного прогнозирования квази-эллипсовидных геоморфонеоднородностей потенциального накопления углеводородосодержащих гидратов и скоплений природного газа, в условиях сокращения финансовых инвестиций и расходов нефтегазовых компаний на геолого-разведочные работы. В качестве методологии поиска углеводородных гидратов и скоплений природного газа используются методы математического (вероятностного) прогнозирования. Научная новизна исследования заключается в том, что по рассчитанным значениям статистико-вероятностных параметров впервые для 48-и квази-эллипсовидных геоморфонеоднородностей на акватории моря Лаптевых и прилегающих прибрежных областях, по трем видам различных геолого-геофизических данных был сформирован список углеводород-перспективных квази-эллипсовидных геоморфонеоднородностей. Выводы исследования заключаются в том, что в результате проведено статистико-вероятностное прогнозирование зон потенциального накопления углеводородных гидратов и скоплений природного газа на территории морской и прибрежной материковой частей Лаптевоморскго сегмента Российской Арктики. Практическая значимость настоящей работы связана с тем, что в результате проведенных исследований можно в определенных углеводород-перспективных областях выполнять морские сейсморазведочные работы, проводить разведочное бурение.

Объектом исследования данной публикации являются локальные криогенные газодинамические геосистемы, развитие которых приводит к пневматическому взрыву и формированию воронок газового выброса. Предметом исследования являются криогенные образования, зафиксированные в мёрзлых породах слагающих воронки газового выброса, обнаруженные на севере Западной Сибири. Авторы подробно рассматривают криогенные образования обнаруженные в разных элементах воронок, анализируют их строение, морфологию, пластические и разрывные деформации. Особое внимание уделено процессам, в результате которых могли сформироваться те или иные криогенные элементы, например кольцевые структуры, ячеистые льды, разрывные структуры на поверхности кратеров. Вследствие слабой изученности многих криогенных процессов зафиксированных в воронках широко использовались аналогии из других областей технических и естественных наук. В настоящее время основное внимание исследователей, приковано к поиску гипотетических схем связи генезиса газа с образованием воронок газового выброса. Авторы в своей работе показали, что без учёта криогенного фактора, проблему пневматических взрывов в многолетнемёрзлых породах, даже если будет вопрос о генезисе газа, решить невозможно. Основным методом, используемым в данной статье, является анализ материалов научных публикаций по рассматриваемой теме, а также данных лабораторного моделирования проведённого авторами. Синтез анализируемых материалов осуществлялся на базе геосистемного подхода. Новизна исследования заключается в обосновании криогенной основы стадийного развития газодинамической геосистемы в мёрзлых породах, обуславливающей подготовку пневматического взрыва и формирования воронок газового выброса. Впервые выделены четыре стадии развития криогенной газодинамической геосистемы в мёрзлых породах. Стадия первичного формирования газонасыщенной области с повышенным давлением внутригрунтового газа, расположенная в основании газодинамической геосистемы. Стадия формирования транзитной зоны перераспределения внутригрунтового газа. Завершающая стадия, на которой давление газа, в её верхней части, достигает значений, превышающих прочность перекрывающих грунтов. Финальной стадией развития криогенной газодинамической геосистемы, является пневматический взрыв, формирующий воронку газового выброса. Основные выводы проведённого исследования следующие: процессы, подготавливающие формирование воронок газового выброса, является криогенными. Они обусловлены структурно-текстурными особенностями мёрзлых пород, массообменными процессами и фазовыми переходами, происходящими в них, а также их прочностными и деформационными свойствами.