История криологических исследований

С древнейших времен человек проявлял интерес к закономерностям жизни холодного мира. Для первобытных обществ, обитавших в высоких широтах, данный интерес в первую очередь сводился к выработке механизмов адаптации жизнедеятельности человека к отрицательным температурам внешней окружающей среды. Сегодня реликты этих адаптационных механизмов мы можем увидеть в традиционной культуре жизнеобеспечения коренных народов Севера, в которой окружающие их суровые природные условия рассматривались не в качестве враждебных сил, а как неотъемлемая часть их бытия, с которой возможно гармоничное сосуществование.

Благодаря климатическим особенностям России, 65% территории которой находится в пределах криолитозоны, наша страна стала своеобразной «естественной лабораторией», в которой было совершено большинство мировых открытий, связанных с изучением холодного мира.

Русские первопроходцы, осваивавшие территорию Северной Евразии, нередко становились первооткрывателями необычных свойств окружающего их холодного мира. Так, еще во второй половине XVII века первыми жителями Якутского острога было сделано долгое время остававшееся до конца необъяснимым открытие. Летом, даже при сильной жаре, земля, на которой стоял острог, не оттаивала до конца. В вырытых в ней погребах продовольственные припасы могли оставаться сохранными на протяжении нескольких лет. В 1828 году жившим в Якутске купцом из Великого Устюга Федором Шергиным было начато рытье колодца, достигшего глубины 116 метров, в процессе которого были обнаружены и впервые подвергнуты систематическому изучению многолетнемерзлые грунты. Наблюдения Шергина привлекли внимание состоявшейся в 1843-1844 годах экспедиции, организованной Александром Миддендорфом и Карлом Бэром, в задачи которой входило исследование особенностей органической жизни на Севере и изучение глубины и границ распространения многолетнемерзлых пород. Результаты последнего направления исследований экспедиции стали во многих отношениях революционными для развития естественных наук того времени.

Основоположник советского мерзлотоведения М.И. Сумгин, неоднократно отмечал, что исследования Карла Бэра и Александра Миддендорфа можно считать своеобразной отправной точкой в развитии этих направлений науки.

В 1929 году по инициативе Сумгина и при поддержке академика В.И. Вернадского в АН СССР была организована постоянная комиссия по изучению вечной мерзлоты (КИВМ) под председательством академика В. А. Обручева. В 1939 году Комиссия была преобразована в Институт мерзлотоведения им. В.А. Обручева. С именем Сумгина связаны основополагающие понятия и первые классификации вечно- и сезонномёрзлых горных пород. В исследовании проблем общего мерзлотоведения Сумгиным были начаты исследования географического распространения и динамики вечной мерзлоты, изучение подземных вод и наледей. Им же были обозначены такие прикладные направления инженерного мерзлотоведения, как изучение физико-механических свойств горных пород в талом и мерзлом состояниях, исследование миграции влаги и пучения грунтов в процессе их промерзания, исследование причин деформации возведенных зданий и сооружений и разработка мер борьбы с этими негативными явлениями.

В 1930-е годы, освоение Северного морского пути, строительство Норильского промышленного комплекса, развитие алмазодобывающей отрасли в Якутии, оказались тесным образом связаны с дальнейшим становлением исследований вечной мерзлоты. В это время формируется сеть мерзлотных станций, действует ряд изыскательных экспедиций, основной целью которые являлась выработка научных подходов, учитывающих особенности вечной мерзлоты и низких температур в развитии хозяйственной деятельности на Крайнем Севере.

В 1941 г. за несколько месяцев до начала Великой Отечественной войны на базе Якутской комплексной экспедиции Совета по изучению производительных сил (СОПС) АН СССР Постановлением Совета народных комиссаров (СНК) было создано первое в Якутии академическое подразделение – Якутская научно-исследовательская мерзлотная станция (ЯНИМС) Института мерзлотоведения (ИНМЕРО) АН СССР. Начальником ее был назначен П.И. Мельников. Благодаря колоссальной энергии, настойчивости и энтузиазму П.И. Мельников за короткий срок создал коллектив высококвалифицированных специалистов, сформировал приоритетные научные направления, обеспечил необходимую материально-техническую базу.

В 1956 г. было принято решение о преобразовании Якутской НИМС в Северо-Восточное отделение Института мерзлотоведения АН СССР им. В.А.Обручева. Директором этого отделения был назначен П.И.Мельников.
С созданием в 1957 г. Сибирского Отделения АН СССР появилась возможность реорганизации Северо-Восточного отделения Института мерзлотоведения им. В.А. Обручева в самостоятельный научно-исследовательский институт. Эта реорганизация была вызвана значительным увеличением объема научных исследований, в связи с необходимостью разрешения новых крупных практических проблем, которые выдвигали перед геокриологической наукой Якутии бурно развивающаяся в конце 50-х – начале 60-х годов алмазодобывающая промышленность, а также газодобывающая, строительная, сельскохозяйственная и другие отрасли. В 1958 г. бюро Якутского обкома КПСС обратилось в Президиум СО АН СССР с просьбой создать на базе существующего в г.Якутске отделения самостоятельный научно-исследовательский институт. Просьба была удовлетворена и в 1960 г. был создан Институт мерзлотоведения СО АН СССР, в состав которого вошли также Игарская, Алданская и Анадырская мерзлотные станции. Директором нового Института Президиум СО АН СССР назначил П.И.Мельникова.

За последующие 28 лет своего бессменного руководства Институтом, который после ликвидации в 1963 г. московского Института мерзлотоведения АН СССР им. В.А.Обручева стал единственной в стране академической научно-исследовательской организацией этого профиля, П.И.Мельников как ученый и организатор успел сделать очень многое.

Для координации геокриологических исследований, проводимых в нашей стране, Павел Иванович добивается создания в 1970 г. в г. Москве Научного Совета по криологии Земли АН СССР, бессменным председателем которого он являлся до конца своей жизни. В 1973 году в Якутске была организована Вторая международная конференция по мерзлотоведению, способствовавшая все большему признанию научной геокриологической школы, созданной П.И. Мельниковым международным криологическим сообществом. Доказательством мирового признания научно-исследовательской деятельности П.И. Мельникова стало его избрание в 1983 году президентом Международной ассоциации по мерзлотоведению.

Деятельность академика П.И. Мельникова и возглавляемого им научного коллектива внесла колоссальный вклад в развитие как фундаментальных, так и прикладных геокриологических исследований. Помимо выработки оригинальных теоретических подходов и систематизации обширных эмпирических данных о строении и динамики вечной мерзлоты Восточной Сибири, под руководством П.И. Мельникова были разработаны не имевшие ранее аналогов методики строительства зданий и инженерных коммуникаций на вечной мерзлоте, адаптации различных видов хозяйственной деятельности к суровым климатическим условиям Крайнего Севера.

Сегодня Институт мерзлотоведения СО РАН, которому было присвоено имя его основателя – П.И. Мельникова, имеет в своем составе лаборатории, специализирующиеся на региональной геокриологии и криолитологии, подземных водах криолитозоны, криогенных ландшафтах, инженерной геокриологии, геохимии и геотеплофизики криолитозоны, реконструкции и прогнозе криогенных процессов.
В истории Советского Союза еще одним важным фактором, способствовавшим развитию научных исследований криосферы, стало строительство нефтегазодобывающего комплекса, большая часть которого оказалась размещенной на территории Севера Тюменской области. Здесь, впервые в мировой истории, в сжатые сроки был осуществлен беспрецедентный эксперимент по индустриальному освоению и массированной урбанизации колоссальных территорий (составлявших около одного процента мировой суши), расположенных в арктических и субарктических климатических зонах. В свете данных процессов оказались чрезвычайно востребованы научные исследования, направленные на решение новых специфических технических и экологических проблем нефтегазодобывающего комплекса.

На протяжении длительного времени создание в Тюменской области научного центра, специализирующегося на теоретических и прикладных исследованиях криологической направленности не имело должного отклика у областных органов власти. Лишь в начале 1980-х годов первым шагом в этом направлении стало открытие Отделения инженерной геокриологии Института геологии и геофизики СО АН СССР. В 1985 году на его базе было открыто первое в Тюменской области академическое учреждение – Институт проблем освоения Севера, который возглавил В.П. Мельников. В его задачи входили комплексные исследования естественнонаучных и социально-экономических аспектов развития нефтегазодобывающего комплекса. Значительная роль в деятельности института была отведена геокриологическим исследованиям и их интеграции с другими актуальными предметными областями.

В 1991 году из Института проблем освоения Севера был выделен Институт криосферы Земли СО РАН, коллектив которого возглавил В.П. Мельников.
ИКЗ СО РАН был создан Постановлением Президиума Сибирского Отделения Академии наук СССР № 261 от 07.05.91 в соответствие с Постановлением Совета Министров СССР № 525 от 26.05.90 г., распоряжением Президиума АН СССР № 10103-596 от 03.07.90 с целью развития фундаментальных исследований роли криогенеза в эволюции геосфер и разработки научных основ природопользования на Севере.

Основной целью ИКЗ СО РАН стало выполнение фундаментальных (научных) исследований по научному направлению «Криогенные природные процессы и динамика геокриологических условий» и прикладных разработок по приоритетным направлениям развития науки и техники.

В настоящее время фундаментальные исследования проводятся по проблемам, входящим в научное направление: «Состояние природных криогенных геосистем и прогноз их развития»:
1. «Эволюция криогенных условий, процессов и образований».
2. «Криосферные ресурсы в природопользовании».
3. «Экологические последствия антропогенного воздействия на криосферу».

Сибирское отделение АН СССР создало подразделение в Тюмени, в важнейшем для страны регионе, который имел развитую сеть ведомственных проектно-научных учреждений, но оставался “неосвоенным” Академией наук. Создававший базу фундаментальных исследований академический коллектив был вовлечен в проблему комплексного развития нефтяной и газовой промышленности Западной Сибири. Работа вместе с Обкомом КПСС над “Программой ускорения социально-экономического развития Тюменской области” (научный руководитель – В. П. Мельников) помогла сформировать необходимый образ будущего тюменской науки.

Первой крупной международной акцией молодого Института проблем освоения Севера СО АН СССР стал международный симпозиум “Геокриологические исследования в арктических районах” (г.Ямбург). Блестящая организация форума в Заполярье укрепила авторитет тюменских геокриологов в мировом сообществе.
Повсеместное проявление криогенных процессов при интенсивном развитии нефтегазовой индустрии требовало теоретического осмысления роли криогенеза в эволюции геосфер. В 1991 году в Тюмени был создан Институт криосферы Земли, одной из главных задач которого стала разработка концепции криосферы Земли как объекта криологии. Спустя год после создания ИКЗ цивилизованное человечество поставило на повестку дня многоаспектную проблему “устойчивого развития”. Интенсивное хозяйственное освоение территории с криогенными образованиями вывело геокриологические опасности в ряд основных угроз экологической безопасности и усилило злободневность разработки основ природопользования на Севере.

Развиваемые в ИКЗ взгляды на экологию арктических и северных территорий, на криогенные условия, процессы и образования, разрабатываемые информационно-картографические модели, РТУУ-модели физико-химических процессов, кинетики гидратообразования, устойчивости криобиогеоценозов к техногенным воздействиям и многое другое стало серьезным вкладом в криологию Земли и других планет.

За годы перестройки объем геокриологических исследований был резко сокращен, поэтому ИКЗ СО РАН проводил политику сбережения накопленных при изысканиях данных, делая их доступными для научного сообщества. На основе материалов, полученных сотрудниками за время своей деятельности при полевых геокриологических исследованиях в различных регионах России, в том числе на шельфе арктических морей (Баренцева, Карского и Лаптевых), а также литературных данных, написаны и опубликованы пионерные монографии:
- Фартышев А.И. Особенности прибрежно-шельфовой криолитозоны моря Лаптевых;
- Мельников В. П., Спесивцев В. И. Инженерно-геологические и геокриологические условия шельфа Баренцева и Карского морей.

При анализе строения субаквальной криолитозоны выдвинута гипотеза, объясняющая наличие массивов льда в четвертичных отложениях Печорского шельфа с проявлением дроссельного эффекта, возникающего при струйной дегазации залежей углеводородов. На ее базе по материалам сейсмоакустических исследований предложен поисковый признак обнаружения месторождений. Наличие ледяных “диапиров” и выбросы газов подтверждены бурением.

Сегодня основой деятельности Института является организация и проведение научных исследований в области криологии Земли, направленных на получение новых знаний абиогенной и биогенной составляющих криосфер и их взаимодействия. Сотрудники Института более 35 лет проводят комплексные исследования состояния криолитозоны и изменения ее параметров в естественных и техногенно – нарушенных условиях.

При выполнении фундаментальных программ дается оценка состояния, динамики и устойчивости верхних горизонтов ММП при современных изменениях климата и техногенезе севера. Изучаются криогенные процессы и их участие в формировании природно-техногенных субаэральных геосистем российского севера, определяются тренды эволюции криосферы прибрежно-морской области и шельфа Российской Арктики, изучаются особенности структуры волнового сейсмического поля в верхних горизонтах криосферы в субаэральных и субаквальных условиях. Составляются прогнозно-оценочные сценарии, иерархическая ГИС и компьютерные карты, отражающие современное состояние и изменения основных параметров криолитозоны. Разовые, повторные и режимные наблюдения за геокриологическими параметрами, пополнение ГИС геокриологической и гидрометеорологической информации, в т.ч. по районам перспективного освоения. Разрабатывается методика краткосрочного прогноза экзогенных геологических процессов для глобального, регионального, локального и элементарного уровней геологической среды и соответствующие ГИС-ориентированные карты процессов для российской Арктики, Западной Сибири, Карского региона.

В полевых условиях Западной Сибири проводится изучение взаимодействия между компонентами природной среды и техносферы в криолитозоне. Проводится мониторинг, проверяются прогнозные модели поведения криолитозоны и ее элементов, достоверность оценок влияния климата на ее параметры и динамику.
Полевые работы продолжают многолетние ряды уникальных наблюдений за динамикой геокриологических условий в естественных и техногенных геосистемах (более 30 лет), за динамикой растительности и ее связи с геокриологическими условиями (37 лет), за температурой многолетнемерзлых пород в скважинах, за термоабразией морских берегов (более 30 лет) и т.п.

Проводятся экспедиции в район месторождений ГКМ Бованенково (Центральный Ямал) полигоны «Васькины дачи»; р-н м. Марре-Сале (Западный Ямал). Цель: наблюдения за криогенными процессами, динамикой морских берегов, морфологии и геологии шельфовой криолитозоны, мониторинг сезонного протаивания и температурного режима ММП на режимных площадках, изучение базовых геологических разрезов. В район газопровода Надым-Пунга (Надымский стационар). Цель: мониторинг сезонного протаивания и температурного режима ММП, изучение динамики растительного покрова в естественных и нарушенных условиях в связи с изменением геокриологических условий. В р-н Уренгойского ГКМ (режимные площадки): наблюдения за изменением ландшафтных условий, мониторинг сезонного протаивания и температурного режима мерзлых пород. Сотрудники института в 2010 году участвовали в работе 16 конференций и совещаний, из них 13 – с Международным участием, где выступили с докладами -32 человека. Были продолжены работы по международным проектам: Международная программа Циркумполярный мониторинг деятельного слоя (CALM). Международный проект МПГ № 139 и «NASA Yamal LCLUC» (Изменения покровов суши и условий землепользования, с проведением полевых работ на Ямале). В 2010 году были проведены работы на NASA Yamal LCLUC Project WORKSHOP, Rovaniemi, Finland, February 29-31 2010. EUCOP III, Шпицберген, 2010.
На основе этих исследований в институте разрабатываются новые научные подходы к изучению природной среды Арктики, накоплен обширный фактический материал, частично организованный в доступные базы данных и ГИС. Создан ряд геоэкологических и геокриологических карт Федерального уровня. Полученные материалы многолетних экспедиционных исследований на севере Западной Сибири позволили получить ряд качественно новых научных выводов, разработать разномасштабные модели эволюции и динамики криолитозоны, ее элементов на суше и мелководном шельфе на основе индикации криогенных событий в рельефе и разрезах отложений.