Промышленная оттепель: какую угрозу для предприятий несет таяние вечной мерзлоты
Вызванное глобальным потеплением таяние многолетней мерзлоты, покрывающей север Америки, Евразии и острова Ледовитого океана, еще больше ускоряет изменение климата. В Сибири, где ведется большая часть российской добычи нефти и газа, этот процесс препятствует промышленной деятельности и несет в себе угрозу масштабных аварий. Эколог, профессор Омского государственного университета путей сообщения, член Бассейнового совета Иртышского бассейнового округа Сергей Костарев о том, почему этот замкнутый круг несет в себе ряд угроз, от появления новых болезней до разрушения инфраструктуры.
За последние пятьдесят лет температура вечной мерзлоты в Восточной и Западной Сибири повысилась на 1-1,5°C, на Аляске — на 2-3°C. И это только начало: на охваченной мерзлотой территории скопилось около 1700 миллиардов тонн углерода — в два раза больше, чем в атмосфере. Сам процесс накопления связан с тем, что биосфера должна была обеспечить баланс между энергией Солнца, постоянно поступающей на Землю, и температурой на ее поверхности. Таким образом, вся избыточная энергия за сотни миллионов лет теперь захоронена в виде нефти, газа, угля, торфа. Однако человек уже более сотни лет активно извлекает углеводороды и сжигает их. Высвобождаясь, энергия ускоряет глобальное потепление, а вместе с этим и таяние грунта. Возможно, поэтому май 2020 года оказался самым теплым в мире за всю историю наблюдений, причем самые высокие температуры были зафиксированы в Сибири: на 10°C выше, чем обычно.
Для России, где вечная — или, если точнее, многолетняя — мерзлота занимает больше 60% площади страны, проблема ее ослабления стоит особенно остро. Вся инфраструктура городов и промышленных предприятий, расположенных на этих территориях, находится под угрозой: почва, на которой стоят здания, дороги, заводы, трубо- и нефтепроводы, начинает «ехать», разрушая все, что на ней находится. Потепление влияет на многие процессы: меняется ландшафт, деформируются берега рек, происходит заболачивание почв, увеличивается частота наводнений и оползней. Есть и другие опасные для людей факторы. В мерзлоте сосредоточено множество могильников сибирской язвы и, как предполагают эксперты, других неизученных вирусов, которые из-за изменения температуры почвы и изменения ландшафтов могут выйти на поверхность. Отдельная серьезная проблема — таяние грунта в местах расположения хранилищ радиоактивных отходов на Новой Земле, которое может привести к ядерной катастрофе.
Катастрофы в промышленности
Особую опасность таяние многолетней мерзлоты несет для промышленных предприятий: в ее зоне расположено огромное количество добывающий предприятий, чья деятельность уже сегодня находится под угрозой. Ежегодно на нефте- и газопроводах Западной Сибири фиксируется около 35 тысяч аварий, из которых 21% (7,5 тысяч) вызваны механическими повреждениями, в частности, связанными с деформацией грунта. За последние 20 лет количество подобных ЧП в зоне мерзлоты заметно увеличилось. Так, только в Ханты-Мансийском автономном округе их количество на нефтяных месторождениях доходит до 1900 в год, а на ликвидацию ущерба компании ежегодно тратят до 55 млрд рублей.
В конце прошлого года потери экономики только одной России от таяния вечной мерзлоты оценили в диапазоне от 50 до 150 млрд рублей в год — и ожидается, что в дальнейшем расходы будут увеличиваться. При этом в расчетах не учтены потери от глобальных изменений и отложенные риски разрушения сложившейся инфраструктуры. Особенно это важно для нефтяных, газовых и горнодобывающих предприятий страны, огромная часть которых расположена в зоне вечной мерзлоты: здесь сосредоточено 15% нефти и 80% газовых операций России. Из-за деформации грунта несущая способность фундаментов и свай в этом регионе уже к 2025 году будет на 50-75% ниже, чем пятьдесят лет назад. Это приведет ко множеству серьезных проблем: от остановок производства до обрушений зданий и экологических катастроф — например, разливов нефти или повреждений хранилищ вредных веществ.
Особенно остро проблема таяния вечной мерзлоты стоит в Норильском регионе и в целом в Красноярском крае, где аномальное потепление происходит быстрее, чем во многих других областях. Так, январь 2020 стал одним из самых теплых за всю историю наблюдений: средняя температура в этом месяце составила –8.4 градуса — это на 7 градусов выше нормы. Резонансная авария в Норильске, когда деформация грунта привела к повреждению одного из резервуаров «Норникеля» и утечке дизельного топлива, стала первой столь масштабной аварией, вызванной таянием мерзлоты в этом регионе. Но при сохранении темпов потепления подобные ситуации станут регулярными уже в ближайшем будущем: как показали недавние исследования, к 2050 году от деградации вечной мерзлоты может пострадать одна пятая всей инфраструктуры в этой зоне, а для ее ремонта потребуется около $84 млрд — 7,5% от ВВП России (и это без учета экологического вреда).
Защитные технологии
Прогнозы на будущее, к сожалению, совсем не радужны: как посчитали в Межправительственной группе экспертов по изменению климата (МГЭИК), около 45% месторождений нефти и газа в российской Арктике расположены в крайне опасной зоне. В частности, сюда относится полуостров Ямал, где находятся два российских газовых проекта (Бованенково и Ямал СПГ) и нефтяное месторождение Новый Порт. Если говорить обо всем мире, то 69% нынешней панарктической инфраструктуры сосредоточено в районах, где к середине столетия будет оттаивать приповерхностная вечная мерзлота. В зоне риска находятся, в частности, 1590 км трубопровода Восточная Сибирь — Тихий океан, 1260 км крупных газовых трубопроводов, которые начинаются в Ямало-Ненецком регионе, и 550 километров Трансаляскинского нефтепровода. Общая длина последнего составляет около 1300 км, и для его защиты около половины его длины расположили на специальных изолирующих опорах.
Чтобы защитить объекты инфраструктуры от таяния мерзлоты, используются термостабилизационные технологии, в первую очередь, сезонные охлаждающие устройства, которые поддерживают грунт в мерзлом состоянии. Такие «холодильники» работают на основе термосифонных систем, которые извлекают тепло из почвы и передают его в окружающую среду, тем самым охлаждая землю. Эти устройства могут достигать размеров в несколько километров и достаточно дороги, как в строительстве, так и в эксплуатации. Помимо этого, разрабатываются и другие способы обеспечить безопасность нефте- и газопроводов: так, компания «Новатэк» использует для своих линий транспортировки сжиженного природного газа гравитационные платформы.
Но в глобальном плане все эти мероприятия не решают проблему исчезновения многолетней мерзлоты и последствий этого процесса. Дело в том, что вся новая инфраструктура строится с учетом существующих прогнозов изменения климата — но любые аномалии и внезапные скачки температур неизбежно будут рушить все расчеты и приводить к таким же последствиям, как в Норильске. Кроме того, вложение в термостабилизирующие установки и полная реконструкция существующей инфраструктуры неизбежно приведет к огромным расходам и многократному удорожанию всех северных проектов.
Глобальные перспективы
Основным способом замедлить таяние вечной мерзлоты и глобальное потепление в целом считается ограничение на выбросы парниковых газов. Обязательства по снижению содержания углекислого газа в атмосфере были закреплены сначала Киотским протоколом, а затем Парижским соглашением, которое Россия ратифицировала в прошлом году. Их цель — замедлить рост средней температуры в мире до 1,5‒2°С: полностью остановить потепление пока не представляется возможным. Для выполнения этой задачи предлагается, в частности, установление углеродного налога и утилизационных сборов, переход на энергосберегающие технологии и альтернативные источники энергии, ограничение вырубки лесов. Все это потребует огромных расходов и существенно скажется на экономике каждой страны.
Но, как считают противники Парижского соглашения, даже столь кардинальные меры могут оказаться напрасными, так как, по их мнению, влияние человеческой деятельности на климат не столь значительно, как естественные факторы — так что сокращение углеродных выбросов лишь незначительно затормозит потепление и, соответственно, постепенное исчезновение многолетней мерзлоты. Таким образом, пока продолжается спор о причинах глобального потепления, единственным способом минимизировать влияние таяния грунта на города, промышленность и транспортную инфраструктуру остается совершенствование технологий строительства и эксплуатации, а также систем мониторинга, которые позволят делать более точные прогнозы изменений температур и оперативно на них реагировать.