Представляем немного сокращенный и адаптированный перевод доклада норвежского профессора Уве Тобиаса Гудместэда «Технические и экономические проблемы арктических прибрежных населенных пунктов из-за таяния льдов и многолетней мерзлоты» (Gudmestad, 2020). Этот доклад был сделан в Токио на 6-й Международной конференции по водным ресурсам и окружающей среде. Он также был опубликован в виде статьи в журнале Earth and Environmental Science («Науки о Земле и окружающей среде») издательством британской благотворительной научной организации IOP (Institute of Physics – «Институт физики»), ставшей поистине международной. Эта статья находится в открытом доступе по лицензии CC BY 3.0, которая позволяет распространять, переводить, адаптировать и дополнять ее при условии указания типов изменений и ссылки на первоисточник. В нашем случае полная ссылка на источник для представленного перевода (Gudmestad, 2020) приведена в конце.
Из-за таяния ледяного покрова и многолетней мерзлоты в Арктике вызывает беспокойство безопасность расположенных там прибрежных населенных пунктов. Эта озабоченность обусловлена такими причинами как: увеличение площадей не покрытых льдом акваторий в сезоны штормов, приводящее к более сильным штормовым нагонам и более крупным волнам; усиление таяния многолетней мерзлоты из-за более теплых летних сезонов; более сильная эрозия оттаявшей береговой линии; увеличение числа штормов, вызывающее накопление последствий штормовой эрозии; крупные наводнения, разрушающие дома, сооружения, инфраструктуру и водоемы с пресной водой. Из-за таяния многолетней мерзлоты на дне моря возможно возникновение оползней, которые могут вызвать цунами. Из-за ее оттаивания будут разрушаться берега рек. Возникнут оползни, вызванные повышенной влажностью (например, оползни из глинистых грунтов), что приведет к повреждению или разрушению жилищ и водоемов с пресной водой. Кроме того, из-за потепления климата становятся короче зимние сезоны и, соответственно, укорачиваются сезоны использования зимних дорог (зимников) и охоты со льда. Таким образом, потепление климата приведет к экономическим потерям для прибрежных арктических населенных пунктов, а в случае необходимости переселения их жителей издержки будут просто огромными. В данной статье обсуждаются последствия таяния льдов и многолетней мерзлоты для таких поселений и предлагаются определенные меры по их некоторому смягчению. Окончательным решением все равно будет переселение жителей, а в некоторых случаях – перенос населенных пунктов в более безопасные места подальше от берега.
Перевод выполнен при поддержке АНО «НООСФЕРА».
Растет обеспокоенность тем, что сокращение ледяного покрова арктических морей (рис. 1) окажет весьма негативное влияние на прибрежные населенные пункты Арктики из-за таких последствий, как наводнения и эрозия. Кроме того, таяние многолетней мерзлоты усложняет продолжение традиционной деятельности людей в этих поселениях.
Рис. 1. Изменения среднеиюньской площади льда, покрывающего арктические моря, с 1979 по 2018 год. В этот период наблюдалось ее сокращение на 4,1% за десятилетие [1]
В данной статье будут обобщены метеорологические и океанографические аспекты этих проблем. Некоторые арктические населенные пункты, такие как Туктояктук (на северо-западном побережье Канады [2]), Варандей (на берегу Баренцева моря в России [3–6]), Кивалина (на побережье Аляски к северу от Берингова пролива [7, 8]) и Ньюток (на реке Нингалук на Аляске), испытывают большие проблемы из-за приближения к ним береговой линии, и там ведутся работы по их защите, а при необходимости и переносу на безопасные территории.
Сокращение ледяного покрова и увеличение длины разгона волн
Одним из последствий сокращения ледяного покрова в Арктике в конце лета и начале осени (когда начинаются штормы) является увеличение длины разгона волн. Ниже будут представлены формулы для определения высоты и периода волны в зависимости от длины ее разгона в соответствии с «Руководством армии США по прибрежным защитным сооружениям» [9]. Эти формулы можно использовать для расчета увеличенной высоты волн в штормовые периоды года, когда в Арктических морях мала площадь ледяного покрова.
1. Сначала необходимо рассчитать скорость ветра в слое трения:
Рис. 2. Общая эрозия берега как функция времени [17]
Рис. 3. Общая эрозия берега к концу осеннего сезона как функция количества штормов (штормовых нагонов) за период оттаивания береговых грунтов [17]
Эти предполагаемые скорости эрозии примерно соответствуют результатам измерений Рэйвенса и Петерсона [18], выполненных на мысе Дрю-Пойнт на Аляске, где средняя фактическая эрозия в период 2008–2011 гг. составила 15 м/год.
Ахмадом и др. [19] недавно было проведено исследование береговой эрозии в Арктике, вызванной волнами, разбивающимися о склон и о вертикальный обрыв. Это исследование показало, что глубина размыва у подножия обрыва величиной 1 м должна происходить примерно за 300 с. Эти цифры приблизительно совпадают с фактическими величинами, наблюдавшимися на побережье Бьорндален – Исфьорден на Шпицбергене в сентябре 2015 года. Нет никаких сомнений в том, что размывание может очень быстро ускоряться во время ударов больших волн.
На суше таяние многолетней мерзлоты приводит к возникновению оползней. И даже на дне моря имеются участки многолетней мерзлоты, которые еще не растаяли.
Когда тает многолетняя мерзлота, оползни на суше происходят чаще. Так, Трансаляскинской автомагистрали и Трансаляскинскому нефтепроводу угрожают разрушения склонов [20] (рис. 4). Возможно, потребуется перенос этих сооружений или их участков. Дополнительную информацию по этим вопросам можно посмотреть в работе Гиртсема и Клагу [21].
Рис. 4. Крупные медленно движущиеся оползни из оттаивающих грунтов приближаются к Трансаляскинской автомагистрали и Трансаляскинскому нефтепроводу (фото Эли Кинтиша (Eli Kintisch), Аляска, 2015 г.) [20]
Районы, сложенные высокопластичными глинами, также сильно подвержены возникновению огромных оползней, когда погода становится более теплой и влажной. Например, такой оползень, случившийся в июне 2020 года в городе Алта на севере Норвегии, разрушил 8 домов (погибших не было), а также сильно повредил дорогу [22] (рис. 5).
Рис. 5. Оползень из плывунных глин после периода увлажнения (фото Андерса Бьордала (Anders Bjordal)) [23]
Таяние прибрежной многолетней мерзлоты может вызвать особенно опасный сход оползней в море. Так, утром 17 июня 2017 года арктическое цунами обрушилось на поселок Нугаатсиак в Гренландии [24] (огромный оползень из скальных пород сошел с крутого склона залива Карратфьорд, разрушил находившийся ниже ледник, и все это обрушилось в воду, вызвав ее подъем более чем на 90 м в этом месте и на 10 м в 30 км от фьорда; поселок находился в 20 км, там было разрушено 11 домов, без вести пропали 5 человек, пострадали 9 человек. – Ред.). Из-за угрозы последующих морских оползней и цунами все 84 жителя этого поселка были переселены в другое место. В настоящее время лишь несколько человек осмелились вернуться и жить там. Следует отметить, что фьорды Западной Гренландии являются очень глубокими и новые подобные оползни там не будут неожиданностью.
По мере повышения температуры воды в летний период будет также происходить таяние подводной многолетней мерзлоты. При этом следует иметь в виду, что морская вода с содержанием соли 2,5‰ замерзает при температуре минус 1,8 °С. Однако пресная вода в многолетней мерзлоте тает при температуре 0 °С. В случае наклонного морского дна существует определенная вероятность возникновения на нем оползней, способных вызвать цунами, которые могут сильно ударить по прибрежным населенным пунктам на низинных территориях.
Последствия таяния многолетней мерзлоты для существующих зданий и сооружений
В теплые летние месяцы верхний слой многолетней мерзлоты оттаивает. Если он растает сильнее, чем прогнозировалось при строительстве уже имеющихся зданий или сооружений, которые на него опирались, то они подвергнутся оседанию, будут серьезно повреждены и станут непригодными для проживания или других типов эксплуатации. Особые опасения вызывают дороги и взлетно-посадочные полосы аэродромов, которые потребуют ежегодного масштабного ремонта. Даже главный аэропорт Гренландии в поселке Кангерлуссуак может стать непригодным для эксплуатации с 2024 года. Уже сейчас на его дорожном покрытии начали появляться трещины [25].
Таким образом, арктическая инфраструктура находится под угрозой [26].
Населенные пункты, расположенные вблизи побережья, в случае таяния многолетней мерзлоты сталкиваются с проблемой инфильтрации соленой воды, особенно во время наводнений, в водоемы с пресной водой. Эта ситуация может стать критической для их жителей. Возможно, даже потребуется вкладывать средства в оборудование для опреснения воды, чтобы обеспечить наличие ее резервных запасов.
Процесс таяния многолетней мерзлоты также приведет к нарушению снабжения пресной водой. Поэтому, например, в Университете Оулу (Финляндия) совместно с Университетом Аляски в Анкоридже (США) ведутся проекты по изучению доступности пресной воды для сообществ арктических жителей [27].
Во всем мире разрабатываются стратегии управления по борьбе с береговой эрозией для различных типов отложений [28]. Ограничение очень быстрой эрозии арктических береговых линий, вызванной таянием многолетней мерзлоты и ухудшением его последствий штормами, требуют дорогостоящих мер защиты, например использования мешков с песком, камней или бетона. Однако последствия таяния мерзлоты являются неопределенными, и уже рассматриваются и даже реализуются меры по переносу населенных пунктов или переселению людей в более благоприятные места. Так, давно идут попытки по переносу поселка Ньюток (Аляска) с берега реки на более возвышенную территорию. Возможно, в скором времени также потребуется переместить, например, поселок Кивалина (Аляска, рис. 6) [29]. Более подробную информацию по этому поводу можно получить в работе Гамильтона и др. [30].
Рис. 6. Кивалина – отдаленный поселок на Аляске, который из-за последствий потепления климата необходимо перенести в другое место [25]
Особым явлением для города Уткиагвик (самого северного населенного пункта на Аляске, ранее называвшегося Барроу) является то, что водоемы с пресной водой для него вскоре могут быть затоплены из-за эрозии и наступления моря (рис. 7). Возможно, потребуется его перенос в другое место с последующей прокладкой трубопроводов для подачи пресной воды. Но затраты на это должны быть сопоставлены с вложением средств в опреснительные установки.
Рис. 7. Город Уткиагвик – самый северный населенный пункт на Аляске, ранее известный как Барроу (фото любезно предоставлено Википедией)
Арктические населенные пункты, подобные вышеупомянутым, сталкиваются с особыми проблемами из-за близкого расположения к морям или рекам.
Таким образом, эрозия затрагивает целые населенные пункты, включая взлетно-посадочные полосы, и их, возможно, придется переносить дальше в сторону суши. Это также вызовет необходимость строительства новых дорог. Альтернативой могло бы быть более частое использование вертолетов с аэродромами базирования, расположенными вдали от уязвимых мест.
В Норвежском университете естественных и технических наук в городе Тронхейм было изучено использование геомешков для защиты береговой линии от эрозии (рис. 8) [31]. Был сделан вывод, что геотекстиль должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять воздействиям, которым он подвергается, и что потребуется ежегодная замена утерянных мешков.
Рис. 8. Использование геомешков для уменьшения береговой эрозии было протестировано в месте расположения шахты «Свеагрува» («Свеа») на Шпицбергене [31]
Выбор методов устойчивой защиты арктических населенных пунктов от береговой эрозии является очень сложной задачей, особенно там, где берега сложены слабыми грунтами. Однако вложение средств в защиту может оказаться весьма экономичным по сравнению с переносом всего населенного пункта или переселением всех его жителей.
Обсуждаемые в этой статье проблемы следует рассматривать также с точки зрения гидравлики арктических водотоков, ранее рассмотренной в работе автора [32]. Так, берега рек из-за таяния многолетней мерзлоты разрушатся, в результате чего эти реки станут шире, а эродированный материал осядет ниже по течению, что приведет к образованию песчаных или илистых отмелей и создаст проблемы для речного транспорта.
Таким образом, таяние многолетней мерзлоты и его последствия вызывают огромные опасения у всех арктических сообществ и хозяев инфраструктуры [26, 27]. А близость к морю (или реке. – Ред.) значительно усугубляет эти проблемы для прибрежных населенных пунктов из-за ожидаемого усиления эрозии берегов.
Затраты на перенос населенного пункта должны быть очень большими, поскольку он требует перемещения и/или нового строительства всей инфраструктуры. Например, стоимость переноса поселка Кивалина была оценена в 1 млн долларов США на каждого его жителя [33]. А защитные мероприятия и ремонт защитных сооружений или уже пострадавшей инфраструктуры приведут к высоким эксплуатационным расходам, но вложение средств будет меньше до тех пор, пока не потребуются перенос населенного пункта или переселение его жителей.
Однако автор исходит из понимания того, что политика большинства стран заключается в заселении всей своей территории по стратегическим соображениям. Поэтому для определения судьбы арктических населенных пунктов, находящихся под угрозой последствий потепления климата, необходим тщательный экономический и стратегический анализ.
Из приведенных выше примеров и обсуждений можно сделать вывод, что более теплый климат создает большие проблемы для арктических прибрежных населенных пунктов. Угрозу для зданий и сооружений представляют эрозия береговой линии и разрушение утесов, сложенных глиной или песком. Разрабатываются и реализуются различные стратегии управления по борьбе с береговой эрозией, однако в некоторых случаях окончательным решением может быть перенос всего населенного пункта. Иногда денежных вложений может оказаться недостаточно для уменьшения эрозии или переноса поселения – тогда его жителям, возможно, придется переехать в более крупные и лучше защищенные населенные пункты.
При оценке эрозии необходимо учитывать все факторы, влияющие на ее развитие и скорость. К ним относятся высота волн, растущая из-за увеличения длины их разгона при отступании льда, отсутствие или недостаток ледяного покрова для защиты от штормов ранней осенью, а также штормовые нагоны, повышающиеся из-за увеличения площади свободных ото льда акваторий между берегом и кромкой льда. Для более долгосрочного анализа необходимо дополнительно принять во внимание возможное повышение среднего уровня моря. Кроме того, к важным факторам, влияющим на эрозию, относится ускорение таяния многолетней мерзлоты береговой линии из-за повышения температуры воздуха в Арктике, что делает берега более восприимчивыми к ударам волн и воздействию штормовых нагонов.
Технические и экономические проблемы для арктических прибрежных населенных пунктов действительно огромны. Чтобы ответственные органы власти смогли разработать устойчивую политику в этом отношении, необходимо более глубокое понимание процессов береговой эрозии и таяния многолетней мерзлоты [34]. Автор надеется, что данная статья будет полезна для учета факторов и потенциала этих процессов в целях предотвращения их возможных последствий на территориях арктических населенных пунктов.
—
Перевод выполнен при поддержке АНО «НООСФЕРА».
наверх
Поделиться
Поделиться
Скопировать ссылку
Оформить подписку