Состояние окружающей и геологической среды в районе города
Воркуты за период потепления климата (1775-1995 гг.)
Какунов Н.Б., Сулимова Е.И.
Окружающая нас природа наравне с геологической средой является одним из
необходимых и постоянных условий его материальной жизни. Особенно это актуально
для районов Заполярья, где климатические условия являются наименее
благоприятными для его успешного развития.
Рассматриваемая территория находится на Европейском Северо-Востоке России и
характеризуется самыми суровыми условиями е Европе. Суровость условий в первую
очередь обусловлена низкими отрицательными температурами воздуха и резкими его
среднегодовыми перепадами, достигающими 6-7 ºС.
За последние более чем 200 лет среднегодовая температура воздуха в районе г.
Воркуты изменялась от минус 3 до минус 11 ºС при средней
за этот период минус 6,4 ºС и испытывала постоянное
увеличение от одного полупериода климатического цикла к другому. Такое суждение
базируется на инструментальных наблюдениях за температурой воздуха на
метеостанциях Санкт-Петербурга, Архангельска и Салехарда. данные которых нами
реконструированы применительно к условиям района г. Воркуты (рис. 1).
На рисунке 1а приведены средние для ветвей понижения и повышения температуры
воздуха в период прохождения 120 и 50-летних климатических циклов за период с
1775 по 2002 гг. Из рисунка достаточно хорошо видно повышение средних температур
воздуха каждого последующего полупериода климатического цикла относительно
предыдущего, несмотря на знак его тренда. В период прохождения 50-летнего
климатического цикла средняя температура воздуха нисходящей и восходящей ветвей
практически оказалась одинаковой.
Из вышеизложенного следует, что в течение
последних 220 лет повышение температуры воздуха происходило под влиянием
естественных природных причин, так как какие-либо техногенные факторы не
просматриваются, да их ещё и в действительности не было, а в период бурного
развития промышленности повышение температуры практически прекратилось. Данное
обстоятельство нами расценивается как окончание периода потепления и начало
периода похолодания, что и подтверждается данными хода температур воздуха с 1996
года. Полагаем, исходя из положения зеркального отображения предыдущих
климатических циклов, что нисходящая 60-летняя ветвь следующего 120-летнего
цикла продлится до середины настоящего столетия.
На рисунке 1б показана динамика средних температур воздуха за
короткопериодные климатические циклы. Продолжительность циклов разная и
колеблется от 5 до 20 лет. Преобладают 6-11 летние циклы. Из рисунка наглядно
видно, что в течение 1825-1997 гг. проходило два длиннопериодных цикла
120-летний (1825-1947 гг.) и 50-летний (1947-1997 гг.). По данным средних
11-летних температур воздуха периода минимума (1880-1890) и максимума (1938-1948
гг.) восходящеё ветви 120-летнего цикла повышение температуры достигло 1,61
ºС, а повышение температуры в период прохождения
восходящей ветви 50-летнего цикла (1964-74 - 1990-2000 гг.) составило 1,13
ºС. В целом за 120 и 50-летние циклы средняя 11-летняя
температура воздуха увеличилась на 1,75 ºС.
В таблице 1 приведены данные за каждый период прохождения ветвей спада и
подъёма температуры воздуха, даны сведения о величине тренда каждого из четырёх
полупериодов, которые изменяются в пределах от 0,0278 до 0,0430 градуса в год.
Полученные данные о величине тренда полупериодов позволяют рассчитать прогнозное
понижение температуры воздуха за 1997-2057 годы. Расчётная 11-летняя величина за
этот период составит 1,58 ºС, а средняя 11-летняя
температура воздуха в середине XXI века составит минус 7,1 ºС.
Из изложенного видно, что на территории района г. Воркуты, как и на всём
крайнем Европейском северо-востоке России, в период XVIII-XX столетий
происходило повышение температуры воздуха, пик которого пришёлся на 1995 год.
Наблюдаемая температура в регионе является самой высокой за последние 400 лет.
Столь значительное потепление климата привело к существенным изменениям в
окружающей природе и геологической среде.
До начала потепления климата в период малой ледниковой эпохи на
рассматриваемой территории окружающая природа и геологическая среда
приблизительно были адекватны существующей в настоящее время в районе посёлка
Амдерма. В тундре практически отсутствовала кустарниковая растительность,
травостой носил угнетённый вид, все реки в зимний период перемерзали до дна,
промерзали и озёра глубиной не более 2 метров. Многолетнемёрзлые породы имели
повсеместное распространение, за исключением глубоких озёр и многоводных рек,
где существовали несквозные талики мощностью до 10-15 метров. Мощность снега на
большей части территории не превышала 50-60 см.
После малой ледниковой эпохи состояние окружающей природы стало улучшаться.
Первые заросли кустарников ивы появились на снегозаносимых участках вероятно в
начале XX столетия. По-видимому наши Воркутинские "леса" в районе шахт Аячь-Яга,
Воркутинская и Южная образовались именно в этот период, что подтверждается
дендрологическими данными. Сейчас заросли ивы имеют высоту до 4-6 метров, но их
состояние с каждым годов ухудшается в связи с вековым возрастом.
В период
последнего потепления в предгорьях Полярного Урала хорошо развивались заросли
древовидной ольхи, широко произрастали разные виды трав. В наиболее тёплые
короткопериодные климатические циклы буйно развивался иван-чай и различные
ягоды, в том числе и "царская ягода" - княженика. Поверхностные водотоки
перемерзали только в экстремально холодные зимы, которые, как правило,
отмечались в начале короткопериодных циклов. Многолетнемёрзлые породы мощностью
20-30 метров на большей части деградировали полностью, а на остальной территории
образовались несквозные талики, занимающие 30-40% территории и достигающие от
5-8 до 60-70 метров мощности, но в большинстве случаев мощность таликов равна
15-20 метров. Под термокарстовыми озёрами мощность таликов увеличилась и
максимально достигает 50-60 метров. В этот благоприятный климатический период
значительно улучшились условия питания подземных вод. Отмечается тесная
взаимосвязь между температурой воздуха, атмосферными осадками и глубиной
положения уровня подземных вод (рис. 2).
Температура грунтов достигала своих
наибольших значений за последние 400 лет.
С целью установления ретроспективы состояния температуры грунтов за период
потепления климата мы использовали данные температуры грунтов замеренные в
период прохождения ветви повышения температуры 50-летнего цикла (1971-1997 гг.).
В этот период отмечено прохождение трёх короткопериодных циклов. При анализе
полученных данных оказалось, что в период короткопериодных циклов разница между
средней температурой грунтов в цикле и средней температурой воздуха за этот
период есть величина постоянная для каждой глубины. Некоторые отклонения могут
быть связаны с тем, что для расчётов принимаются усреднённые данные по
температуре воздуха, то есть по ближайшей метеостанции, а не непосредственно
измеренной в точке наблюдений. Пример расчёта температуры грунтов для глубины 5
метров за период 1975-1999 годов приведён в
таблице 2.
Расчёт температуры грунтов на ретроспективу до 1825 года проведены по четырём
точкам (скважинам), которые характеризуют определённые типы участков
относительно наличия или отсутствия многолетнемёрзлых пород (рис. 3).
-
Скважина ЗС-100 заложена в акватории озера, глубина которого 1,5-2,0 м. В
настоящее время скважиной вскрыта часть четвертичных отложений, которые до 25-30
метров находятся в талом состоянии. Выполненные расчёты температур грунтов для
глубины 5 метров указывают, что в течении всего периода потепления температура
грунтов оставалась положительной, то есть талик сверху не промерзал.
-
Скважина К-887 заложена на участке сквозного талика и вскрывает 3 метра
четвертичных отложений, ниже залегают трещиноватые теригенные пермские
отложения. По выполненным расчётам температура пород на глубине 5 метров в
период минимума температур воздуха примерно в середине 120-летнего цикла была
отрицательной, то есть в этот период на нашей территории непромерзающими были
только участки акватории озёр и некоторых русел рек.
-
Скважина С-8 заложена на участке несквозного талика мощностью до 20 метров и
вскрывает четвертичные отложения. По расчётам температура пород на глубине 5
метров около 40 лет при прохождении 120-летнего цикла была отрицательной. На
участке могли развиваться только межмерзлотные воды в какой-то промежуток
времени.
-
Скважина ЗС-124а заложена на участке развития мёрзлых пород с поверхности,
мощность которых не менее 60 метров. По расчётам температура пород на глубине 5
метров понижалась до восьмидесятых годов XIX столетия. Затем постепенно
повышалась вплоть до 1996 года. Минимальная 6-летняя температура грунтов ниже
минус 4 ºС.
Из приведённого выше следует, что в холодные периоды XIX
столетия на территории г. Воркуты температуры грунтов были значительно ниже
современных и на большей части территории с поверхности находились мёрзлые
породы. Положительные температуры сохранялись только под некоторыми озёрами и
реками. Окружающая среда находилась в состоянии описанной выше для района
Амдермы.
Несколько худшее состояние окружающей и геологической среды мы можем ожидать
в середине наступившего столетия. Значительно ухудшаться условия питания
подземных вод, а на некоторых площадях оно будет полностью отсутствовать,
сократится зимний сток больших рек, а реки с площадью водозабора до 3000 кв. км.
будут промерзать полностью. Шахтные водопритоки во времени будут уменьшаться, а
их минерализация увеличиваться, что отрицательно может сказаться на качестве
поверхностных водотоков, в которые будут сбрасываться шахтные воды. Особенно
большие изменения будут претерпевать здания, построенные на талых породах, в
связи с процессами многолетнего пучения. Не менее опасными окажутся и участки
железных дорог на участках таликов.
Избежать многих негативных явлений в период низких температур воздуха в
текущем столетии помогут данные мониторинга геологической среды, который должен
вестись на территории всех техногенных объектов и на участках с естественным
состоянием геологической среды.
Опубликовано с разрешения автора |
