ТЕХНОГЕННЫЙ ФАКТОР ДИНАМИКИ БЕРЕГОВ ПЕЧОРСКОГО И ЛЕДОВИТОСТИ

ТЕХНОГЕННЫЙ ФАКТОР ДИНАМИКИ БЕРЕГОВ ПЕЧОРСКОГО И
КАРСКОГО МОРЕЙ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА И
ЛЕДОВИТОСТИ
Огородов С.А.1,2, Архипов В.В.1,2, Баранская А.В.1, Белова Н.Г. 1, Вергун А.П.1,2,
Камалов А.М.1, Кокин О.В.1,2, Копа-Овдиенко Н.В.2, Кузнецов Д.Е.1, Шабанова Н.Н.1
1
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, [email protected]
2
Государственный океанографический институт имени Н.Н.Зубова Росгидромета
Нефтегазовое освоение морских побережий и шельфа России требует строительства
морских портов, подходных каналов, искусственных островов, буровых платформ,
терминалов, наземных и подводных трубопроводов. Для обеспечения геотехнической и
геоэкологической безопасности строительства и эксплуатации указанных объектов
инфраструктуры необходимо понимание хода природных процессов и, в частности, динамики
берегов. В условиях Арктики именно природные геоморфологические процессы
устанавливают правила разработки нефтяных и газовых ресурсов на шельфе и побережье.
Благодаря контакту с криолитозоной береговая зона здесь чрезвычайно динамична. Берега
Печорского и Карского морей, сложенные дисперсными мерзлыми отложениями, не
отличаются высокой устойчивостью к абразии (Огородов, 2010). В естественных условиях
такие берега могут отступать со скоростью от 0,5 до 2 м в год (Огородов, 2003; Васильев и др.,
2011). Учитывая возможное влияние человека и прогнозируемые изменения климата, скорость
отступания берегов в ближайшие годы может значительно увеличиться. Локальные
техногенные нарушения (механические и тепловые) криолитозоны запускают триггерный
механизм волновой абразии берегов. В условиях глобального потепления и уменьшения
площади ледяного покрова этот эффект усиливается за счет увеличения длительности
динамически активного периода и длины разгона волн. В результате локальные воздействия
человека и изменение климата создают синергетический эффект, благодаря которому
скорости отступания берегов могут удвоиться и даже утроиться. Рассмотрим примеры для
Печорского и Карского морей, где воздействие человека уже привело к негативным
последствиям.
Последствия освоения Варандейского региона Печорского моря являются негативным
примером, демонстрирующим необходимость хорошо продуманного, экологически
обоснованного подхода к освоению и эксплуатации прибрежных районов (Огородов, 2004;
Ogorodov, 2005). Основные объекты инфраструктуры транспортировки нефти здесь были
построены на морской террасе с высотой 3-5 м, сформированной в период голоценовой
трансгрессии. Терраса включает ряд барьерных островов и береговых барьеров. Ее ширина
достигает 2-6 км. Терраса сложена мелкими песками, подстилаемыми торфяно-травяной
подушкой. Криогенное строение отложений террасы характеризуется низким содержанием
льда (Новиков и Федорова, 1989). Фронтальная, обращенная в сторону моря часть террасы
представляет собой авандюну (дюнный пояс берегового барьера), достигавшую еще не так
давно от 5-8 м на о.Варандей до 10-12 м на о.Песяков над уровнем моря (рис. 1). В дистальных
отделах берегового барьера, авандюна превращается в ряд береговых валов различных
возрастных генераций, соответствующих этапам эволюции берегового барьера или барьеракосы. Береговые валы здесь были значительно переработаны эоловыми процессами.
Внутренние части террасы за поясом дюн до 2,5-3 м высоты представляют лайду из двух
уровней, соответствующих низкому и высокому уровням штормового нагона.
Рис.1. Литолого-геоморфологический профиль берегового барьера о. Песяков (Огородов,
Полякова, Каплин, 2003): 1 – пески мелкозернистые; 2 – пески с галькой; 3 – «торфянотравяная подушка»; 4 – глины и суглинки валунные
Активная эксплуатация Варандейской промышленной зоны началась в семидесятых
годах прошлого века. Остров Варандей подвергался сильнейшим техногенным воздействиям.
Здесь была заложена основная производственная база и новый поселок для 3 тыс. жителей.
Хорошо дренированный пояс дюн голоценовой террасы, состоящий из песчаных отложений с
низким содержанием льда, казалось, более стабильный с инженерно-геологической точки
зрения, чем окружающая болотистая низменность, был выбран в качестве места для
строительства поселения, нефтяного терминала, складов, аэропорта.
Под строительство поселка и промышленной базы, начавшееся в непосредственной
близости от края абразионного уступа, неоднократно изымались песчаные и песчано-галечные
наносы с авандюны и пляжа, что является крайне опасным для зоны дивергенции волновой
энергии (Попов и др.. 1988), тем более там, где берег разрушался и ранее. Береговой уступ,
авандюна и пляж испытали значительные механические деформации рельефа под действием
транспорта и в результате механического выравнивания (Огородов, 2004). Неконтролируемое
использование транспортной и строительной техники, включая гусеничную, привело к
деградации почвы и растительности в пределах всего пояса дюн острова Варандей. В условиях
глубокого сезонного протаивания дюнный пояс, сформированный из мелкого песка, подвергся
дефляции и термоэрозии. Широкое распространение получили дефляционные котловины.
Многочисленные термоэрозионные овраги стали врезаться в береговой уступ. Интенсивность
этих процессов была настолько велика, что в нескольких местах поверхность острова стала на
1-3 метра ниже, чем до начала освоения. В результате уступ стал ниже, его однородность была
нарушена, количество эолового материала, подаваемого с пляжа, снизилось и, наконец, берег
стал менее стабильным, а скорость абразии увеличилась, в отдельные годы – до 5-10 м.
Берегозащитные мероприятия в поселке Варандей привели к снижению поступления наносов
на смежные области, где усилился размыв. Ускорение абразии берегов и подводного склона
привело к оголению подводного нефтепровода, уложенного здесь без учета мерзлотногеологических и литодинамических особенностей береговой зоны. Строители не смогли
сдвинуть «плуг», используемый для разработки траншеи, который уперся в «козырек» из
сезонно-мерзлых грунтов. В результате плохо заглубленный в грунт трубопровод был вырван
со дна под воздействием морских льдов (Черников, 2006), динамика которых в указанном
районе заметно активизировалась на фоне глобального потепления. В результате
строительства дорожной насыпи и моста на остров Варандей резко увеличилась высота
штормовых нагонов, важного фактора динамики берегов. Ранее штормовой нагон
беспрепятственно проходил в протоку, отделяющую остров Варандей, и воздействие волн на
берег автоматически ослаблялось. 24 июля 2010 года экстраординарный штормовой нагон
высотой 3,5 м полностью затопил остров Варандей, проникнув вглубь суши на несколько
километров. Нефтегазотранспортной инфраструктуре был нанесен колоссальный ущерб.
Негативный опыт освоения Варандейского промышленного района не был учтен при
строительстве газотранспортных объектов на побережье Карского моря. В качестве примера
можно привести участок берега полуострова Ямал на выходе трассы трубопровода
Бованенково-Ухта на берег. Как и на Варандейском участке строительство объектов
газотранспортной и сопутствующей инфраструктуры сопровождалось массовым изъятием
песчаного материала с поверхности берегового барьера, пляжа и осушки (рис. 2). В
естественных условиях береговой барьер полностью поглощал энергию волн даже при
экстремальных штормах (Камалов и др., 2006). В результате штормовые нагоны, количество
и высоты которых в условиях потепления климата и расширения динамически активного
периода за счет наиболее штормоопасных месяцев – октября и частично ноября увеличились,
стали проникать вглубь суши на несколько километров, причиняя огромный ущерб объектам
только что отстроенной береговой инфраструктуры. Разрушительные последствия штормовых
нагонов также усилились в результате техногенной трансформации естественного рельефа в
процессе строительства насыпей, дамб, мостов, дорог, появление которых привело к
перераспределению водно-энергетического потока и, соответственно, эрозионного эффекта.
Рис.2. Следы изъятия песчаных наносов с осушки и пляжа берегового барьера
Изъятие наносов из береговой зоны в пределах мощности сезонноталого
(сезонномерзлого) слоя, обеспечивавших ранее естественную защиту многолетнемерзлых
пород, находящихся в ядре берегового барьера, способствовало их деградации. В итоге
попытки защитить береговой барьер традиционными методами в виде защиты из бетонных
подушек-матов оказались малоэффективными. «Подушки» просто «проваливаются» в
оттаивающую мерзлоту, а периодическое воздействие на них во время нагонов и приливов
соленых морских вод в сочетании с морозным выветриванием обеспечило окончательное
разрушение подобной берегозащиты.
Строительство коффердама привело к накоплению отложений во входящем угле к югу
от него и к абразии берега к северу от него, непосредственно на том участке, где
планировалось строительство новых ниток перехода подводного трубопровода через
Байдарацкую губу. При строительстве гавани порта проводились дноуглубительные работы в
фарватере с целью строительства подходного канала и намыв берегов гавани для
строительства порта. Это привело к дефициту наносов в устье реки и частичному перехвату
наносов, идущих с юга, и, как следствие, ускорению абразии на прилегающих участках берега,
в том числе в районе коффердама.
Указанные примеры свидетельствуют о необходимости комплексного подхода и
решений на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации любых сооружений
на побережье и акватории арктических морей, учитывающих морфо- и литодинамику
береговой зоны.
Литература
1. Васильев А.А., Широков Р.С. и др., Динамика морских берегов Западного Ямала // Криосфера Земли, 2011, т.
ХV, № 4, C. 72-75.
2. Камалов А.М., Огородов С.А. и др. Морфолитодинамика берегов и дна Байдарацкой губы на трассе перехода
магистральными газопроводами // Криосфера Земли, 2006, т. Х, № 3, C. 3-14.
3. Новиков В.Н., Федорова Е.В. Разрушение берегов в юго-восточной части Баренцева моря // Вестник МГУ, сер.
5, География, 1989, № 1. С. 64-68.
4. Огородов С.А. Морфодинамическое районирование береговой зоны Печорского моря // Геоморфология, 2003,
№ 1, С. 72-79.
5. Огородов С.А., Полякова Е.И., Каплин П.А. Эволюция береговых баров Печорского моря // Доклады Академии
Наук, География, 2003, том. 388, № 3, С.392-394.
6. Огородов С.А. Морфолитодинамика береговой зоны Варандейского района Печорского моря в условиях
техногенного прессинга // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2004, № 3. С. 273278.
7. Огородов С.А. Критерии стабильности (устойчивости) арктических берегов // Естественные и технические
науки, № 6, 2010, С. 356-358.
8. Попов Б.А., Совершаев В.А. и др. Береговая зона морей Печорско-Карского региона // Исследование
устойчивости геосистем Севера. М., Изд-во МГУ, 1988. С. 176-201.
9. Черников Н.А. Дуга Баркова. ООО «Издательский дом журнала «Смена», 2006, 238 с.
10. Ogorodov, S.A. Human impacts on coastal stability in the Pechora Sea, Geo-Marine Letters, 2005, Vol. 25, N 2-3, P.
190-195.
TECHNOGENIC FACTOR OF PECHORA AND KARA SEAS COASTAL
DYNAMICS UNDER CONDITIONS OF CLIMATE AND ICE EXTENT CHANGE
Ogorodov S.A.1,2, Arkhipov V.V.1,2, Baranskaya A.V.1, Belova N.G. 1,Vergun A.P.1,2,
Kamalov A.M.1, Kokin O.V.1,2, Kopa-Ovdienko N.V.2, Kuznetsov D.E.2, Shabanova N.N.1
1
Lomonosov Moscow State University, [email protected]
2
Zubov State Oceanographic Institute
Examples of the negative impact of the oil and gas development on the resistance of the coasts
to erosion are analyzed for Pechora and Kara seas. Local technogenic disturbances in the
cryolithozone put the activating mechanism of thermal abrasion into action. Under the conditions of
global warming and ice cover decrease, this effect is enhanced due to the increase of the length of the
ice free period and the length of the wave fetch. As a result, anthropogenic impact and climate change
create a synergetic effect, due to which rates of coastal retreat may double or even triple.