Основы развития геотехнического и экологического мониторингов прибрежной зоны и акватории Северного морского пути

Введение. Статья посвящена мониторингу состояния многолетнемерзлых грунтов в Арктической зоне Российской Федерации. Интенсивное освоение Арктики в совокупности с изменением климата приводят к деградации мерзлоты и снижению устойчивости сооружений в данном регионе. Указываются высокие темпы повышения температуры воздуха и грунтов прибрежной зоны и акватории Северного морского пути.

Цель. Анализ состояния системы мониторинга вечной мерзлоты и предложения по созданию системы геотехничeского и экологического мониторингов прибрежной зоны и акватории Северного морского пути.

Материалы и методы. В статье приведены основные аспекты проведения геотехнического мониторинга: оценка, контроль и прогноз теплового состояния вечномерзлых грунтов и оценка несущей способности фундаментов инженерных сооружений.

Результаты. Отмечается несистемный подход к мониторингу мерзлых грунтов несмотря на имеющуюся нормативную базу и техническое обеспечение. Указывается необходимость создания комплексной системы государственного мониторинга.

Выводы. Обосновывается необходимость проведения фонового мониторинга экологических и климатических последствий деградации наземной и подводной мерзлоты. Даются рекомендации по мониторингу в ключевых районах наземной мерзлоты, включая прибрежную Арктическую зону и подводную мерзлоту в прибрежной зоне и на акватории Северного морского пути.

1. Vasiliev A.V., Drozdov A.G. Gravis et al. Permafrost degradation in the Western Russian Arctic. Environmental Research Letters, 2020; 15(4). pp. DOI: 10.1088/1748-9326/ab6f12 EDN: ESYZUG

2. Мельников В.П., Осипов В.И., Брушков А.В. и др. Адаптация инфраструктуры Арктики и Субарктики к изменениям температуры мерзлых грунтов // Криосфера Земли. 2021; XXV (6):3–15. DOI: 10.15372/KZ20210601 EDN: HEVLIU

3. Заключение РАН: Проект Федерального закона «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в части создания государственной системы мониторинга многолетнемерзлых грунтов» / Вице-президент РАН В.Н. Пармон (23.07.2021). Новосибирск: СО РАН, 2021.

4. Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Новосибирск: Гео, 2008.

5. Алексеев А.Г. Геотехнический мониторинг на многолетнемерзлых грунтах. Москва: АСВ, 2019. 111 с. ISBN: 978-5-4323-0331-8 EDN: VVDBNX

6. Брушков А.В., Алексеев А.Г., Дроздов Д.С. и др. Мониторинг вечной мерзлоты. Москва: Академический проект, 2024. 468 с. ISBN: 978-5-8291-4278-0 EDN: YAWPIQ

7. Мельников В.П., Брушков А.В., Федоров Р.Ю. К развитию холистического образа криосферы // Арктика: экология и экономика. 2021;11(4):519–528. DOI: 10.25283/2223-4594-2021-4-519-528 EDN: JSCDWF

8. Гинсбург Г.Д., Соловьев В.А. Субмаринные газовые гидраты. Санкт-Петербург: ВНИИ Океангеология, 1994. 194 с.

9. Makagon Y.F., Holditch S.A., Makagon T.Y. Natural gas hydrates – a potential energy source for the 21st century. J. Petr. Sci. Eng., 2007; 56:14–31. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2005.10.009

10. Шахова Н.Е., Сергиенко В.И., Семилетов И.П. Вклад Восточно-Сибирского шельфа в современный цикл метана // Вестник РАН. 2009;79(6):507–518. EDN: KMLVQJ

11. Shakhova N., Semiletov I., Leifer I., et al. Geochemical and geophysical evidence of methane release from the inner East Siberian Shelf. Journal Geophys. Res, 2010a, 115, DOI: 10.1029/2009JC005602 EDN: TIIZAX

12. ACIA, 2004. Impacts of a Warming Arctic: Arctic Climate Impact Assessment. ACIA Overview report. Cambridge University Press.

13. Васильев А.А., Гравис А.Г., Губарьков А.А., и др. Деградация мерзлоты: результаты многолетнего геокриологического мониторинга в западном секторе российской Арктики // Криосфера Земли. 2020; XXIV (2):15–30. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2020-2(15-30) EDN: HROYGC

14. Biskaborn B.K., Smith S.L., Noetz L.J. et al. Permafrost is warming at а global scale. Nature Communications, 2019; 10(1):264. DOI: 10.1038/s41467-018-08240-4 EDN: HTZKKV

15. Melnikov V.P., Osipov V.I., Brushkov A.V., et al. Climate warming and permafrost thaw in the Russian Arctic: potential economic impacts on public infrastructure by 2050. Natural Hazards, 2022; (112):231–251. DOI: 10.1007/s11069-021-05179-6 EDN: ZPYQET

16. Streletskiy D.A., Suter L., Shiklomanov N.I., et al. Assessment of climate change impacts on buildings, structures and infrastructure in the Russian regions on permafrost. Environmental Research Letters, 2019; 14(2):025003. DOI: 10.1088/1748-9326/aaf5e6 EDN: AHATIK

17. Suter L., Streletskiy D., Shiklomanov N. Assessment of the cost of climate change impacts on critical infrastructure in the circumpolar Arctic. Polar Geography, 2019; (42):267–286. DOI: 10.1080/1088937X.2019.1686082 EDN: PXPBBS

18. Badina S., Pankratov A. Assessment of the impacts of climate change on the Russian Arctic economy (including the energy industry). Energies, 2022; 15(8). DOI: 10.3390/en15082849 EDN: NNRCTK

19. United Nation. Goals. 9. Build resilient infrastructure, promote inclusive and sustainable industrialization and foster innovation. URL: https://sdgs.un.org/goals/goal9.

20. Медведков А.А. Геоэкологические факторы жизнестойкости арктических городов в криолитозоне: теоретические подходы к изучению // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2021;85(5):726-739. DOI: 10.31857/S2587556621050071 EDN: OGQMWR

21. Хрусталев Л.Н. Температурный режим вечномерзлых грунтов на застроенной территории. Москва: Наука, 1971. 167 с.

22. Semiletov I., Shakhova N., Romanovsky V. Methane Climate Forcing and Methane Observations in the Siberian Arctic Land-Shelf System. World Resource Review, 2004; 16(4):503–541.

23. Шахова Н.Е., Никольский Д.Ю., Семилетов И.П. О современном состоянии подводной мерзлоты на Восточно-Сибирском шельфе: тестирование результатов моделирования данными натурных измерений. Доклады Академии наук. 2009; 429(6):541–544. EDN: KYGOCN

24. Shakhova N., Semiletov I., Gustafsson O., et al. Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf. Nature Communications, 2017; (8):15872. DOI: 10.1038/ ncomms15872 EDN: XNDEBA

25. Shakhova N., Semiletov I., Leifer I., et al. Ebullition and storm-induced methane release from the East Siberian Arctic Shelf. Nature Geoscience, 2014; 7(1):64–70, 2014. DOI: 10.1038/ngeo2007 EDN: SKLLGN

26. Koshurnikov A.V., Tumskoy V.E., Shakhov N.E., et al. The first ever application of electromagnetic sounding for mapping the submarine permafrost table on the Laptev Sea. Dokl. Earth Sci, 2016; 469:860– 863. DOI: 10.1134/S1028334X16080110 EDN: XFIKAN

27. Alekseev D.A., Koshurnikov A.V., Gunar A., et al. Time-Domain Electromagnetics for Subsea Permafrost Mapping in the Arctic: The Synthetic Response Analyses and Uncertainty Estimates from Numerical Modelling Data. Geosciences, 2023; 13:144. DOI: 10.3390/geosciences13050144 EDN: FCPMCS

28. Zimov S.A., Semiletov I.P., Daviodov S.P., et al. Wintertime CO2 Emission from Soils of Northeastern Siberia. Arctic, 1993; 46(3):197–204. DOI: 10.14430/arctic1344 EDN: VUTHXT

29. Semiletov I.P. Destruction of the coastal permafrost ground as an important factor in biogeochemistry of the Arctic Shelf waters, Trans. Doklady Russian Acad. Sci, 1999; 368:679–682. EDN: MQDSJL

30. Semiletov I.P., Shakhova N.E., Sergienko V.I., et al. On Carbon Transport and Fate in the East Siberian Arctic Land-Shelf-Atmosphere System. Environment Research Letters, 2012; (7). DOI: 10.1088/1748-9326/7/1/015201 EDN: ARLKHH

31. Semiletov I., Pipko I., Gustafsson Ö., et al., Extreme acidification in the East Siberian Arctic Shelf driven by a permafrost-released carbon translocation and seawater freshening. Nature Geoscience, 2016; 9:361– 365. DOI: 10.1038/NGEO2695 EDN: UOXOKP

32. Semiletov I.P., Pipko I.I., Shakhova N.E., et al. Carbon transport by the Lena River from its headwaters to the Arctic Ocean, with emphasis on fluvial input of terrestrial particulate organic carbon vs. carbon transport by coastal erosion. Biogeosciences, 2011; 8(9):2407–2426. DOI: 10.5194/bg-8-2407-2011 EDN: JVIOMM

33. Semiletov I.P., Pipko I.I., Repina I.A., Shakhova N. Carbonate dynamics and carbon dioxide fluxes across the atmosphere-ice-water interfaces in the Arctic Ocean Pacific sector of the Arctic. Journal of Marine Systems, 2007; 66(1-4):204–226. DOI: 10.1016/j.jmarsys.2006.05.012 EDN: LKMQTB

34. Natali S.M., Holdren J.P., Rogers B.M., MacDonald E. Permafrost carbon feedbacks threaten global climate goals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2021; 118(21). DOI: 10.1073/pnas.2100163118 EDN: FEMEWR

35. Соловьев В.А. Прогноз распространения реликтовой субаквальной мерзлой зоны (на примере восточно-арктических морей). Криолитозона арктического шельфа. Изд-во Института мерзлотоведения СО АН СССР. Якутск, 1981. С. 28–38.

36. Shakhova N., Semiletov I., Sergienko V., et al. The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice. Phil. Trans. R. Soc. A, 2015; 373:20140451. DOI: 10.1098/rsta.2014.0451 EDN: UZYQRR

37. Shakhova N.E., Semiletov I.P. Methane Hydrate Feedbacks, In: Martin Sommerkorn & Susan Joy Hassol, eds., Arctic Climate Feedbacks: Global Implications, Published by WWF International Arctic Programme August, 2009; 81–92. ISBN: 978-2-88085-305-1

38. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., et al. Extensive Methane Venting to the Atmosphere from Sediments of the East Siberian Arctic Shelf. Science, 2010; 327(5970):1246–1250. DOI: 10.1126/science.1182221 EDN: MXGVPH

39. Chernykh D., Yusupov V., Salomatin A., et al. Sonar Estimation of Methane Bubble Flux from Thawing Subsea Permafrost: A Case Study from the Laptev Sea Shelf. Geosciences, 2020; 10(10):411. DOI: 10.3390/geosciences10100411 EDN: SQLOLB

40. Chuvilin E., Ekimova V., Bukhanov B., Grebenkin, S., Shakhova N., Semiletov I. Role of Salt Migration in Destabilization of Intra Permafrost Hydrates in the Arctic Shelf: Experimental Modeling. Geosciences, 2019; 9:188. DOI: 10.3390/geosciences9040188 EDN: EEEMKL

41. Yusupov V., Semiletov I. Understanding the processes associated with the formation and decomposition of gas hydrates on the Arctic shelf. Fuel, 2025; 388:134472. DOI: 10.1016/j.fuel.2025.134472 EDN: TMWDYY

42. Семилетов И.П., Шахова Н.Е. Баланс парниковых газов и изменение климата: роль деградации мерзлоты в Арктике // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2024. № 4. C. 5–43. DOI: 10.31857/S0869769824040015