Верная мерзлота: как наука помогает людям выживать в Якутии

22 Янв 2016, 02:30

Корреспонденты Тайги.инфо спустились в подземную лабораторию в Якутии, чтобы узнать, откуда на севере так много «домов на ножках», как «складываются» хрущевки, сколько весит задняя нога мамонта, зачем ученые замораживают подснежники и угрожает ли глобальное потепление российской вечной мерзлоте.

Для неподготовленного уха слово «мерзлотоведение» звучит экзотически. Но жизнь некоторых регионов России невозможна без изучения геокриологии — науки о мерзлых грунтах. Тайга.инфо побывала в Якутии и поговорила с научными сотрудниками Института мерзлотоведения.

На Земле существует лишь один материк, на территории которого нет вечной мерзлоты — это Австралия. Даже в Африке, в горах, ученому-геокриологу было бы над чем поработать и за чем понаблюдать. Вечная мерзлота есть в Италии и в Индии, но ближе к полюсам ее присутствие становится скорее правилом, чем исключением. По оценкам ученых, 65% территории России сковано вечной мерзлотой. Больше всего, в этом смысле, достается Средней Сибири, где мощность промерзших слоев горных пород достигает 1500 метров.

Беринг, Врангель и Шергин — первые шаги в изучении подземного холода

В шестидесятые годы академик Павел Мельников, чьим именем назван главный институт мерзлотоведения в стране, оценил мощность криогенной толщи. Самый глубокий предел залегания вечной мерзлоты был зарегистрирован в районе верховьев реки Мархи (левый приток Вилюя) и составил 1470 м. Здесь же, в Якутии, и началось становление мерзлотоведения как серьезной науки. В 1828 году якутский купец, управляющий конторой Российско-Американской компании, Федор Шергин решил выкопать у себя во дворе колодец для добычи воды. К этому моменту о вечной мерзлоте было известно не так уж много.

В 1686-м по инициативе якутского воеводы Кровкова уже пробовали рыть колодец. Терпения рабочих хватило лишь до 28 метров глубины, о чем Кровков потом жаловался в своем отчете в Москву: «А колодезя, великие государи, в Якуцком сделать некоими мерами нельзя, потому что земля летом только тает в полтора аршина, а больше двух аршин земля никогда не тает, а в исподи на дне бывает земля всегда мерзлая». Через полвека, во время экспедиции Витуса Беринга, этнограф Иоганн Гмелин сделал вывод, что с растительностью в этих краях «худо». Предположительно, потому, что земля — мерзлая.

Но Шергина это эти домыслы не смущали, и, почти через сто лет после экспедиций Беринга, купец снова принялся копать. Достигнув уровня 15 метров и не найдя в колодце ничего, кроме мерзлой земли, Шергин подключил к работе физиков и инженеров, которые настаивали, что с глубиной температура только повышается, значит, и до воды дорыть вполне реально. На отметке в 32 метра Шергин отчаялся найти в получившейся шахте воду. Но проезжавший через Якутск полярный исследователь Фердинанд Врангель уговорил купца продолжить эксперимент за счет Русско-Американской Компании. В 1836 году, когда глубина шахты достигла 93 метров, Врангель вернулся из России в Европу, и Шергин продолжает рыть за свой счет. Через год, когда «колодец» достиг уже отметки в 116 метров, а расходы купцу не возместила ни Русско-Американская компания, ни Петербургская академия наук, куда Шергин отправлял отчеты все это время, император Николай I наградил изыскателя за труды золотой медалью и перстнем с бриллиантом. Еще через два года Шергин вернулся к себе на родину в Великий Устюг, где вскоре умер.

Но шахта продолжила жить и в XX веке. Без цели поиска воды — теперь ученые серьезно взялись за регистрацию подземных температур. В этом смысле шахта Шергина стала уникальным объектом для изучения феномена вечной мерзлоты. Последние измерения были сделаны в 1942 году, когда глубина скважины составляла уже 140 метров. Шахта сохранилась и сегодня, она находится в Якутске на улице Кулаковского, теперь это памятник науки и истории республиканского значения, но Институт мерзлотоведения продолжает наблюдения.

Ледяное подземелье

«Мерзлотоведение как науку признали в России в 1927 году. В мире, наверное, года на четыре позже, — рассказывает директор Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН Михаил Железняк; мы с ним беседуем в подземной лаборатории, стены и потолок которой покрыты многочисленными кристаллами льда. — Это лаборатория, в которой вообще впервые в истории провели огромный комплекс исследований по физико-механике мерзлых грунтов. И она в свое время, в 60-е-70-е, имела колоссальное значение для развития всего мерзлотоведения и возможности строительства на территории многолетней мерзлоты».
Институт мерзлотоведения, названный в честь его основателя — академика Павла Мельникова, появился в Якутске в 1941 году в качестве научно-исследовательской мерзлотной станции, а в 1960 году получил современный статус. Сотрудники института, ученые и инженеры, наблюдают здесь за эволюцией криолитозоны в верхней части литосферы Земли, в составе которой присутствует лед, и занимаются инженерной геокриологией, то есть, фактически, консультируют строителей при возведении объектов на мерзлой земле. Кроме подземной лаборатории, в институте есть музей и криохранилище семян культурных и дикорастущих растений федерального значения.

Подземная лаборатория — это длинный обледенелый коридор, в который приводят изумленных туристов, и несколько кабинетов для исследований, закрытых от посторонних глаз. Потолок и стены лаборатории усеяны кристаллами льда. Здесь, если верить сотрудникам института, можно наблюдать самую правильную форму кристалла воды — шестиугольник — в том виде, в котором он мог бы вырасти при идеальных условиях. Пучки из блестящих ледышек покрывают коркой стены и потолок. Нарост величиной с мужскую ладонь образовывался здесь несколько месяцев. Пока мы находимся в подземелье, температура успевает подняться с минус девяти до минус восьми, а это плохо сказывается на поведении льда, качает головой научный сотрудник лаборатории общей криологии Павел Заболотник.
Под тяжелым взглядом покрытой инеем снегурочки, стоящей в обледенелом углу, Заболотник открывает для нас дверь в одну из кладовых, где мы видим местное творчество: весной сотрудники института собирают букеты из сирени и подснежников, потом помещают в воду и замораживают. На полках хранилища стоят цветы, сохранившие свою красоту навсегда — теперь они намертво вморожены в ледяные глыбы. Рыба, также попавшая в криогенную западню, уже оттаивает, расстраивается Заболотник: «Вот видите, палочка выпирает изо льда? А когда-то она была полностью утоплена, это все туристы надышали».

Прогнозы — одна из основных задач института. Байки о том, что из-за глобального потепления вечная мерзлота может пострадать, Железняк считает дилетантством. Прямой зависимости температуры грунта от прогрева воздуха нет, утверждает ученый, в каждом отдельном случае нужно рассматривать качество грунта, растительный и снежный покровы. «У нас на некоторых элементах глубина сезонного протаивания за 30 лет изменилась на 5–6 см, а иногда вообще не изменилась. Это консерватизм мерзлоты. То есть принципиально мы можем с вами какими-то условиями ее сохранять. Один из простых методов — снежный покров. Да, у нас есть динамика изменений температуры, но в один год снежный покров на пятнадцать дней позже выпал — отрицательная температура на поверхности, грунты промерзли, получили заряд холода, и около пяти лет они будут находиться стабильном состоянии. А летом для сохранения мерзлоты мы можем покрыть всё пенопластом».

Строительство на сваях: «Надзорные органы, что, будут каждый столб копать?»

Михаил Железняк уверен, что строить на мерзлой земле можно и нужно, главное все правильно просчитать. «Конечно, строительство в мерзлоте сложнее. Но у нас есть свайный фундамент. Вот в Якутске нормальные или ненормальные грунты? Вот видите, здесь если лед ушел, то это вообще песок — бери лопату и копай, — ученый показывает на выдолбленные в стенах обледенелого коридора ниши, оттаявший слой которых действительно больше напоминает зыбкий песок, чем что-то монолитное. — Но вы же видите, что на них стоят девятиэтажные дома, которые стоят просто на сваях. Выбуривается дырочка, ставится свая, она смерзается с грунтами, и все дома держатся на этих сваях». Обязательное условие для такой модели постройки — проветриваемое подполье. «Дома на ножках» часто встречаются в северных городах типа Якутска или Норильска. Холодный воздух, гуляющий под постройкой, не дает грунту разморозиться и держит его в постоянном тонусе.

В пособии для студентов строительной специальности «Основы и фундаменты», кроме свайного, описан и другой способ возведения фундамента на мерзлой земле, при котором при наличии свайного основания допускается протаивание грунта. По сути, это привычное для многих жителей России строительство непосредственно на земле, с той лишь разницей, что в северных условиях такой дом может «поплыть». Так, к примеру, в Якутске сейчас строится 203-й микрорайон: чаша оттаивания, которая образуется в грунте, приводит к искривлению всей конструкции. Стабилизировать ситуацию можно лишь благодаря постоянному наблюдению за подобными объектами и соблюдению правил эксплуатации. Также на пользу могут пойти металлические пояса, стягивающие дом, однако в этом случае застройщик не обойдется без дополнительных серьезных затрат.
Якутяне травят страшилки: бывает и так, что старые хрущевки, построенные не по северным нормам, просто «складываются» внутрь. Так, например, случилось летом 2015 года с домом на улице Ленина, в самом центре Якутска. Постройка 1957 года не выдержала проседания фундамента, дом дал трещину, окна и двери в нем перестали закрываться, в образовавшийся проем спокойно можно было просунуть ладонь. Перепад пола в квартире одной из жительниц оказался 32 сантиметра. Жителей экстренно эвакуировали, многим пришлось остановиться у родственников, некоторые дежурили в палатках у дома, чтобы отгонять мародеров. В итоге дом было решено снести. И это не единственный случай.

«Вот представьте, мы с вами простроили дом, а там ледяная жила под этим домом. Не увидели это все, и поставили его сверху. Жила протаяла, грунт просел, — рассказывает Железняк. — Если грунты одинаковые, то при оптимальном проветривании подполья не произойдет никаких деформаций, даже если дом где-то вдруг садится, он все равно играет, как живая система. Но только когда одна часть села больше, а другая меньше, тогда возникает напряжение, которое разгружается трещинами на домах».
Сегодня застройщик не обязан получать экспертное заключение Института мерзлотоведения о местности и необходимых расчетах. Так было в семидесятых, теперь же существует госэкспертиза, которую проводят сторонние специалисты. У Железняка качество некоторых заключений вызывает недоумение: «Сейчас проведение каких-то изыскательных работ — это конкурсные вещи. И выигрывает тот, кто заплатил меньше. Но некоторые проекты просто не могут быть сделаны за эти деньги. И начинаются халтурные моменты, недобуривание горных выработок, прессование и так далее».

Заболотник продолжает мысль: «Приезжает бригада откуда-нибудь с южных хороших мест. Им поручили, потому что они выиграли тендер по этой системе, которая сейчас. Дешево и быстро! Они поставили буровую, которую, прописано в проекте, надо заглублять на три метра. Да нафига вкапывать на три метра? Я у себя на Украине все вкапывал на полтора метра, и все прекрасно стояло! Вот они на полтора метра забурили, воткнули этот столб, быстренько рассчитались, получили деньги и уехали». На первый же вопрос журналистов, а куда же смотрят надзорные органы, научный сотрудник, смеясь, отвечает: «Надзорные органы, что — каждый столб будут копать?» Но главное, что деформация происходит не сразу, иногда должно пройти несколько лет, прежде, чем будут заметны какие-либо искривления. Как правило, на этом этапе дом уже заселен.

Овцебык и нога мамонта

На обратном пути из подземной лаборатории, мы заходим в еще одну ледяную пещеру. Свод — снежные перья, несколько подвесных ламп, санки, громкоговоритель. В глубине помещения стоит стол, на котором лежат два рогатых черепа. Рядом — радиоуглеродная установка для определения абсолютного возраста ископаемых. Такой работой в институте мерзлотоведения тоже занимаются, хоть это и не основная его специализация. Здесь несколько месяцев хранился мамонтенок Дима — до того, как его увезли в Зоологический музей в Санкт-Петербург, о чем свидетельствует гипсовый слепок туши, встречающий гостей на спуске в подземную лабораторию.

В ледяной пещере мы подходим к столу с останками древних животных. «Это череп овцебыка, — рассказывает Заболотник. — Живого, вообще, можно посмотреть в зоопарке. А этот вот череп наши привезли в 1994 году с Ляховского острова. По датировкам слоя, в котором он находился, ему порядка 40 тысяч лет. То есть он ровесник мамонтов, тогда здесь обитал». Рядом с овцебыком лежит череп ископаемого бизона, найденный на берегу реки Колымы сотрудником института и принесенный в дар музею.
На фоне всего этого великолепия Заболотник делится своими соображениями насчет будущего профессии мерзлотоведа. «Я родился здесь, то есть, не в подземной лаборатории, но можно сказать, что здесь, на Мерзлотке. У меня родители здесь всю жизнь, отец до сих пор в институте работает. Я один из немногих потомственных мерзлотоведов. Так действительно случилось, что где родился, там и пригодился», — он уверен, что мерзлотовед никогда не останется без работы, и она сама всегда будет его искать. С этим, видимо, ученый связывает и количество практикующихся в институте студентов.

На вопрос, не хотелось ли уехать работать на запад, Заболотник добродушно отвечает: хорошо там, где нас нет. Люди в Якутске совершенно особенные: «Мне на севере хорошо, здесь другой ритм жизни. Сорваться и уехать? Куда? Штаты, Канада? Ну да, может быть, там где-то в материальном плане будет получше. Но там более жесткие условия конкуренции, там своя жизнь. Здесь я привык, у нас на севере люди спокойные и доброжелательные. Может, уйду на пенсию, уеду в теплые края, изучать мерзлоту в Сочи».

Вылезая из подземелья, Павел Заболотник закрывает все двери на ключ, чтобы сохранить необходимую температуру. За одной из дверей, в углу, стоит кость. «А что это за кость?» — спрашиваем у Заболотника. «Мамонт, нога. Предположительно, задняя. Весит килограммов 30, хотите подержать?»

Текст и фото Натальи Грединой при участии Маргариты Логиновой, также использованы иллюстрации Ирины Соколовой