Влияние засоленности на прогнозные оценки температуры мерзлых пород на примере полуострова Ямал

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Работа посвящена количественной оценке влияния засоленности на прогнозные оценки температуры многолетнемерзлых пород в региональном масштабе. Актуальность определяется интенсивным хозяйственным освоением полуострова Ямал и наблюдаемым изменением климата в Арктике. Сокращение неопределенности в прогнозных оценках температуры мерзлых пород способствует уменьшению величины запаса прочности при проектировании грунтовых оснований объектов и сооружений, избеганию развития негативных процессов в ходе их строительства и эксплуатации. Объект исследования – мерзлые породы полуострова Ямал, имеющие сплошное распространение и являющиеся основанием большинства эксплуатируемых зданий и сооружений. Температура засоленных мерзлых пород представляет собой предмет исследования. Используемая методика сочетает термодинамическое и математическое моделирование и учет изменения климата. Прогноз среднегодовой температуры пород к середине века выполнен для трех районов полуострова – северо-западного, западного Ямала и нижнего течения Оби. Температура мерзлых пород определялась двумя независимыми подходами. В первом случае использованы постоянные на период прогноза теплообменные характеристики пород, во втором случае – изменяющиеся с учетом преобразования водно-ионного состава поровых растворов. Минимальная разница между полученными значениями температуры составляет 0,1–0,2 °С на северо-западном Ямале. Наибольшее расхождение между результатами моделирования отмечается для нижнего течения Оби и достигает 0,5–0,6 °С. Пренебрежение засоленностью мерзлых пород и их свойств на период геокриологического прогноза приводит к погрешности определения среднегодовой температуры до 20%. С увеличением минерализации порового раствора с 35 до 150 г/л разница между вычислениями увеличивается на 15–20%. Значения среднегодовой температуры мерзлых пород, полученные при постоянных теплообменных характеристиках, оказываются заниженными по сравнению с результатами задачи с изменяющимися во времени характеристиками. Усовершенствование методики геокриологического прогноза позволит более обоснованно подойти к оценке будущего термического состояния засоленных мерзлых пород в условиях климатических изменений.

Об авторах

Кирилл Алексеевич Никитин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: Nikitin.kirill@yandex.ru
аспирант; геологический факультет;

Илья Аркадьевич Комаров

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ilya_komarov@mail.ru
профессор; факультет геологический;

Михаил Викторович Мироненко

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук

Email: mikhail_mironenk@mail.ru
Ведущий научный сотрудник;

Надежда Владимировна Кияшко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: nadin130187@mail.ru
Научный сотрудник;

Список литературы

  1. Melnikov V. P., Osipov V. I., Brouchkov A. V., Badina S. V., Sadurtdinov M. R., Drozdov D. S., Malkova G. V., Zheleznyak M. N., Zhdaneev O. V., Ostarkov N. A., Osokin A. B., Sergeev D. O., Dubrovin V. A., Kuznetsov M. E., Frolov K. N., Alekseev A. G., Fedorov R. Y. Past and Future of Permafrost Monitoring: Stability of Russian Energetic Infrastructure // Energies. 2022. Vol. 15(9). 3190. doi: 10.3390/en15093190.
  2. Мельников В. П., Осипов В. И., Брушков А. В., Бадина С. В., Дроздов Д. С., Дубровин В. А., Железняк М. Н., Садуртдинов М. Р., Сергеев Д. О., Остарков Н. А., Фалалеева А. А., Шелков Я. Ю. Оценка ущерба жилым и промышленным зданиям и сооружениям при изменении температур и оттаивании многолетнемерзлых грунтов в Арктической зоне Российской Федерации к середине XXI века // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2021. № 1. С. 14-31. doi: 10.31857/S0869780921010070.
  3. Alexandrov G. A., Ginzburg V. A., Insarov G. E., Romanovskaya A. A. CMIP6 model projections leave no room for permafrost to persist in Western Siberia under the SSP5–8.5 scenario // Climatic Change. 2021. Vol. 169(42). doi: 10.1007/s10584-021-03292-w.
  4. Kislov A., Alyautdinov A., Baranskaya A., Belova N., Bogatova D., Vikulina M., Zheleznova I., Surkova G. A Spatially Detailed Projection of Environmental Conditions in the Arctic Initiated by Climate Change // Atmosphere. 2023. Vol. 14. 1003. doi: 10.3390/atmos14061003.
  5. Streletskiy D. A., Suter L. J., Shiklomanov N. I., Porfiriev B. N., Eliseev D. O. Assessment of climate change impacts on buildings, structures and infrastructure in the Russian regions on permafrost // Environmental Research Letters. 2019. Vol. 14(2). 025003. doi: 10.1088/1748-9326/aaf5e6.
  6. Аксенов В. И. Засоленные мерзлые грунты арктического побережья как основание сооружений. М.: Все о мире строительства, 2008.
  7. Брушков А. В. Засоленные мерзлые породы Арктического побережья, их происхождение и свойства. М.: Издательство МГУ, 1998.
  8. Комаров И. А. Проблемы прогноза свойств засоленных мерзлых пород и интенсивности протекания в них мерзлотных процессов // Мониторинг в криолитозоне: материалы Шестой конференции геокриологов России. М., 2022. С. 11-48.
  9. Дубиков Г. И., Иванова Н. В. Засоленные мерзлые грунты и их распространение на территории СССР // Засоленные мерзлые грунты как основания сооружений / под ред. С.С. Вялова. М.: Наука, 1990. С. 3-9.
  10. Дубиков Г. И. Состав и криогенное строение мерзлых толщ Западной Сибири. М.: ГЕОС, 2002.
  11. Дубиков Г. И., Иванова Н. В., Зыков Ю. Д., Червинская О. П., Красовский А. Г. Засоление прибрежных отложений и их коррозионная агрессивность // Криосфера Земли. 1999. Т. III. № 1. С. 43-51.
  12. Буданцева Н. А., Баду Ю. Б., Васильчук Ю. К., Подборный Е. Е. Засоленность грунтов // Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 1. Криосфера Харасавейского газоконденсатного месторождения / под ред. Ю. К. Васильчука, Г. В. Крылова, Е. Е. Подборного. Тюмень – Санкт-Петербург: Недра, 2006. С. 134-159.
  13. Баду Ю. Б., Дубиков Г. И., Иванова Н. В. Состав и строение криогенной толщи на Западном Ямале // Лабораторные и полевые исследования мерзлых грунтов и льдов. М.: Стройиздат, 1986. С. 27-35.
  14. Иванова Н. В. Засоленность мерзлых грунтов. Криопэги // Геокриологические условия Харасавэйского и Крузенштерновского газоконденсатных месторождений (полуостров Ямал) / под ред. В. В. Баулина. М.: ГЕОС, 2003. С. 83-92.
  15. Баду Ю. Б., Подборный Е. Е. Засоленность грунтов // Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 2. Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения / под ред. Ю. Б. Баду, Н. А. Гафарова, Е. Е. Подборного. М.: ООО «Газпром Экспо», 2013. С. 326-336.
  16. Фотиев С. М. Криогенный метаморфизм пород и подземных вод (условия и результаты). Новосибирск: ГЕО, 2009.
  17. Трофимов В. Т., Баду Ю. Б., Кудряшов В. Г., Фирсов Н. Г. Полуостров Ямал (инженерно-геологический очерк). М.: Изд-во Моск. ун-та, 1975.
  18. Толстихин Н. И., Толстихин О. Н. Природные воды Земли и криосфера // Вопросы криологии Земли. М.: Наука, 1976. С. 11-22.
  19. Васильчук Ю. К., Буданцева Н. А. Криопэги // Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 1. Криосфера Харасавейского газоконденсатного месторождения / под ред. Ю. К. Васильчука, Г. В. Крылова, Е. Е. Подборного. Тюмень – Санкт-Петербург: Недра, 2006. С. 230-235.
  20. Паренкина О. Л., Подборный Е. Е. Криопэги // Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 2. Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения / под ред. Ю. Б. Баду, Н. А. Гафарова, Е. Е. Подборного. М.: ООО «Газпром Экспо», 2013. С. 337-353.
  21. Всероссийский НИИ гидрометеорологической информации – Мировой центр данных (ВНИИГМИ-МЦД). meteo.ru/data. Дата обращения 15.12.2023.
  22. Malkova G., Drozdov D., Vasiliev A., Gravis A., Kraev G., Korostelev Y., Nikitin K., Orekhov P., Ponomareva O., Romanovsky V., Sadurtdinov M., Shein A., Skvortsov A., Sudakova M., Tsarev A. Spatial and Temporal Variability of Permafrost in the Western Part of the Russian Arctic // Energies. 2022. Vol. 15(7). 2311. doi: 10.3390/en15072311.
  23. Васильев А. А., Гравис А. Г., Губарьков А. А., Дроздов Д. С., Коростелев Ю. В., Малкова Г. В., Облогов Г. Е., Пономарева О. Е., Садуртдинов М. Р., Стрелецкая И. Д., Стрелецкий Д. А., Устинова Е. В., Широков Р. С. Деградация мерзлоты: результаты многолетнего геокриологического мониторинга в западном секторе российской Арктики // Криосфера Земли. 2020. Т. XXIV. № 2. С. 15-30. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2020-2(15-30).
  24. Circumpolar Active Layer Monitoring Network–CALM: Long-Term Observations of the Climate–Active Layer–Permafrost System. gwu.edu/~calm/data/data-links.htm. Дата обращения 15.01.2024.
  25. Песоцкий Д. Г. Программа расчета теплового взаимодействия сооружений с многолетнемерзлыми грунтами QFrost. Свидетельство № 2016614404. Государственный реестр программ для ЭВМ, 22.04.16.
  26. Marion G. M., Mironenko M. V., Roberts M. W. FREZCHEM: A geochemical model for cold aqueous solutions // Computers & Geosciences. 2009. Vol. 36. Iss. 1. Pp. 10-15. doi: 10.1016/j.cageo.2009.06.004.
  27. Волков Н. Г., Комаров И. А., Мироненко М. В., Фотиев С. М. Методики оценки температуры формирования ионно-солевого состава криопэгов // Криосфера Земли. 2005. Т. IХ. № 4. С. 54-61.
  28. Мироненко М. В., Поляков В. Б. Об алгоритме расчета равновесного состава водно-солевых систем на основе модели Питцера // Геохимия. 2009. № 10. С. 1103-1107.
  29. Marion G. M. A molal-based model for strong acid chemistry at low temperatures (200 to 298 K) // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2002. Vol. 66. Iss. 14. Pp. 2499-2516. doi: 10.1016/S0016-7037(02)00857-8.
  30. Marion G. M. Carbonate mineral solubility at low temperatures in the Na-K-Mg-Ca-H-Cl-SO4-OH-HCO3-CO3-CO2-H2O system // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2001. Vol. 65. Iss. 12. Pp. 1883-1896. doi: 10.1016/S0016-7037(00)00588-3.
  31. Крицук Л. Н. Подземные льды Западной Сибири. М.: Научный мир, 2010.
  32. Стрелецкая И. Д., Лейбман М. О. Криогеохимическая взаимосвязь пластовых льдов, криопэгов и вмещающих их отложений центрального Ямала // Криосфера Земли. 2002. Т. VI. № 3. С. 15-24.
  33. Фотиев С. М. Закономерности формирования ионно-солевого состава природных вод Ямала // Криосфера Земли. 1999. Т. III. № 2. С. 40-65.
  34. Комаров И. А., Волков Н. Г. Методика прогноза температурного и водно-ионного составов засоленных пород и криопэгов // Проблемы строительства на засоленных грунтах. М.: Эпоха, 2007. С. 147-183.
  35. Комаров И. А., Мироненко М. В., Кияшко Н. В. Совершенствование нормативной базы по расчетной оценке теплофизических свойств засоленных пород и криопэгов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2012. № 2. С. 25-30.
  36. Комаров И. А., Волков Н. Г., Мироненко М. В., Фотиев С. М., Стрелецкая И. Д., Ковальчук А. Н. Методики прогноза температурного и водно-ионного режима в засоленных породах и криопэгах (проблемы, решения) // Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменения. Тюмень, 2006. С. 30-35.
  37. Хрусталев Л. Н., Пармузин С. Ю., Емельянова Л. В. Надежность северной инфраструктуры в условиях меняющегося климата. М.: Университетская книга, 2011.
  38. Балобаев В. Т. Геотермия мерзлой зоны литосферы севера Азии. Новосибирск: Наука, 1991.
  39. СП 121.13330.2012. Аэродромы. М.: Минрегион России, 2012.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).