Прогресс на вечной мерзлоте

Российский Север в ближайшей перспективе может стать полигоном для внедрения абсолютно новых промышленных технологий,
уверен единственный во всей Тюменской области действительный член Российской Академии наук, председатель президиума Тюменского научного центра Сибирского отделения РАН, директор Института криосферы Земли Владимир Мельников.

С Титана на Землю

- Владимир Павлович, вечная мерзлота занимает 70% территории России. Это наша беда или благо?
- У каждого явления, особенно природного, в отношении человека могут быть разные проявления – позитивные и негативные. Как к этому относиться,
таков будет и результат. Многие годы, несмотря на усилия мерзлотоведов, мерзлота считалась врагом. Она усложняет жизнь, ведение сельского хозяйства, добычу подземных вод. Полезные ископаемые в вечной мерзлоте намного дороже, чем находящиеся вне зоны мерзлоты. Строительство на мерзлоте требует специальных технологий, специального контроля, т.е. обязательно создание неких служб. Поэтому и развитие науки шло в борьбе с этими трудностями, получаемыми от вечной мерзлоты. Но чем больше мы изучаем природное явление, тем больше видим позитивных сторон. И я бы в целом не называл это бедой России, что мы живем в самом холодном крае (более суровый климат – только в Монголии: чем континентальнее страна, тем суровей климат).
Явные позитивные стороны вечной мерзлоты, которые постоянно работают на нас – это сохранение лесов там, где их не должно быть. Например, Якутия – по количеству осадков это полупустыня, а там ведь тайга, леса (их значение никому объяснять не надо). Мерзлота выполняет роль экрана, который не пропускает глубоко в почву редкие осадки, заставляет работать на продуцировании дикой и культурной растительности. Значит, это благо для сельского хозяйства. Весной по талому слою эти осадки стекают в русло рек – сначала маленькие, затем большие. Поэтому наши четыре реки по территории бассейна входят в десятку крупнейших, а по водности – две, в том числе Лена и Енисей. Если говорить о строительстве на мерзлоте, то многолетние мерзлые грунты – это прекрасные основания для строительства, если применять определенные меры их сохранения.
- Почему вы не разделяете точку зрения экономиста Паршева по поводу того, что суровые климатические условия нивелируют все конкурентные преимущества нашей страны?
- Во многом я разделяю эту точку зрения. Когда мы просто так начинаем говорить о конкурентоспособности, то естественно цена продукта, произведенного в холодных условиях России и точно такого же продукта, сделанного в условиях Юго-Восточной Азии, несовместима.
Слишком разные энергозатраты и условия жизни человека, производящего этот продукт. Паршев совершенно прав, что при таком сравнении мы
неконкурентоспособны. Но он это распространяет на всю Россию – вот с этим я не соглашаюсь. Во-первых, есть наукоемкие технологии, которые вообще от климата не зависят – и чем дальше, тем их будет больше. Их надо развивать. Во-вторых, есть преимущества географического положения России. Наша страна – мост между Европой и Юго-Восточной Азией. Мы можем неплохо зарабатывать, правильно организовав транспортные маршруты и перевозя транзитом огромное количество товаров. Больше того, совершенно не изучены сами холодные криогенные ресурсы. Основания для фундаментов – это один их вид. Многоводность наших рек – это опять-таки ресурс мерзлых пород, и он работает на нас. Я уверен, что еще очень многие открытия будут связаны со структурой льда, с его использованием в самых различных сферах нашей жизни и техники.
Развитие кристаллографии привело ко многим открытиям, но, по-моему, еще очень мало внимания уделяют физики и химики кристаллам льда, а
за этим – большое будущее. Раньше наука считала, что при отрицательных температурах все тихо и спокойно. Недавно получены снимки аппаратом, который семь лет летел к Титану. Так вот, энергоемкие процессы буквально бурлят на этой очень холодной планете – и это при температуре – от -150 до -170 градусов C. Когда мы взглянули на Титан, мы увидели образ того, что может быть при очень низких отрицательных температурах – практически все то же, что и при положительных. Но только давления другие, атмосферы – другие, и состав другой, все – другое. Но при отрицательных температурах. То, что сейчас получает мировое сообщество от этих открытий, может лечь в основу абсолютно новых технологий, и это все еще впереди.

Газогидраты в ладошке
- Насколько востребованы результаты ваших исследований?
- Даже в энциклопедии записано, что наша наука – мерзлотоведение – это фундаментальная наука с большим прикладным значением. Почему? Наука возникла от требований практики. Были призывы строить Комсомольск-На-Амуре, Байкало-Амурскую магистраль – сначала еще в 1932 году, потом – в 1950-х, 60-х, осваивать целину. И все это так или иначе касалось зоны мерзлоты. Люди сталкивались с этим явлением и не знали, что делать. Мы всегда давали практические рекомендации – с момента основания института и в Якутске, и в Тюмени. Волей-неволей мы вынуждены были отвечать на требования практики – тех, кто осваивает Север. Жаль, в новой России такие проекты исчезли из экономики страны, уменьшилась их востребованность. Но похоже, мы этот минимум прошли, и начинается рост востребованности наших знаний. Жизнь заставляет добывать газ на территориях, где самая сложная мерзлота, а значит, нужно строить там поселки и города, прокладывать трубопроводы разного назначения, а это все связано со взаимодействием с мерзлыми породами. Для новых условий нужны новые разработки.
- Получены ли результаты ваших исследований газовых гидратов? Реально ли промышленное освоение этих ресурсов?
- Вопрос непростой, потому что исследования показывают, что 98% газовых гидратов (не исследованных, а потенциальных) находятся в океане.
Остальные 2% – в основном в зоне многолетнемерзлых пород. Запасов газа, находящегося в газогидратном состоянии, по последним подсчетам примерно в 2-2,5 раза больше, чем природного газа в мире. Такие цифры заставляют заниматься этим явлением. Но Россия – самая богатая страна по природному газу, на 200-250 лет мы им обеспечены, а заниматься разработкой газогидратов – это очень дорогостоящее удовольствие. По пальцам можно пересчитать те точки, откуда добыты природные газогидраты и можно было их пощупать – чтобы они в ладошках таяли на глазах, испаряясь, потому что давление – атмосферное, а условия стабильности газогидратов – это высокое давление на глубине даже при положительной температуре. Пока еще трудно подсчитать запасы газогидратов на суше, а тем более в океане.
- А если запасы будут найдены, что нужно для того, чтобы начать их использовать?
- Предлагается несколько различных направлений использования газогидратного состояния газа. И мы работаем над этим. Наш институт – один из немногих, который очень глубоко влез в природу газогидратов. Мы изучаем генетику гидратообразования, а отсюда и все условия, как разложить газогидрат, как извлечь из него газ. Очень много внимания сейчас уделяется способам захоронения газа в газогидратном состоянии – добываем газ и
делаем запасы на глубине, превращая в газогидрат. Найдем способы со временем. Уже есть технологии по транспортировке газа в газогидратном состоянии, но пока больше научные, чем практические. Те страны, в которых нет природного газа, вкладывают в изучение технологий добычи и в исследование газогидратов сотни миллионов долларов. Это Япония, Индия. Как раз недавно группа ученых из Индии разработала программу, и вовлекла и наш институт в том числе, а также некоторые институты Новосибирска, в это исследование. Спрос на нас есть. Пока еще до добычи газогидратов далеко. Но исследования проводятся, и на хорошем уровне.

Фундамент для Крайнего Севера

- Каково сегодняшнее состояние и перспектива развития в Тюменской области индустрии производства спецсредств для строительства жилых и промышленных объектов в зоне вечной мерзлоты?
- В этом плане Тюмени очень повезло. В других регионах, в том числе в Москве и в Якутске, хоть и давно занимаются термостабилизацией грунтов, но не сумели создать современную промышленность по производству термостабилизаторов. А в Тюмени нашелся самородок – Григорий Долгих, который, несмотря на огромные трудности, создал производство, создал мощную фирму ООО «НПО «Фундаментстройаркос», которая завоевала большую часть
рынка России с этим продуктом. Тюменский север, «Якутские алмазы» (предприятие «АЛРОСА»), плотины на северных реках (на Вилюе и на Риляхе), в Охотске, на Чукотке – география очень быстро пополняется новыми пунктами, куда поставляются тюменские термостабилизаторы. Теперь в Тюмени есть институт, занимающийся производством новых знаний – это наш институт Криосферы Земли, есть кафедра криологии Земли при Тюменском нефтегазовом университете, который теперь готовит кадры, и есть производство. Вот эти три составляющие одного большого дела (современные наукоемкие технологии, производство новых знаний и подготовка кадров), на которые нацелена Россия – это развитие инновационной экономики. Так
что в Тюмени это судьба, что мы сошлись в одном месте.
- В чем принцип действия термостабилизаторов?
- Очень простой: это по существу перенос естественного холода в основание фундамента, чтобы не разрушать вокруг мерзлоту и делать сооружение более устойчивым. Поэтому в начале, когда этот принцип только придумали (а его придумали не в России, а в Америке), использовался керосин. Труба, наполненная керосином. Во время зимы верхняя часть керосина охлаждается, а известно, что холодный керосин опускается вниз и вместе с собой переносит этот холод, и понижает температуру грунтов – вот и весь принцип. Он таким и остался. Совершенствуются только технологии, сами устройства. Увеличивается эффективность самих термостабилизаторов – они становятся тоньше, но эффективная поверхность увеличивается. И меняется теплоноситель – вслед за керосином пошел аммиак, потом углекислый газ. Что будет дальше, мы посмотрим.
- В чем проявилось участие вашего института в коллективной работе Сибирского отделения РАН по созданию государственной концепции стратегического развития Сибири на долгосрочную перспективу?
- К сожалению, наше правительство не приняло эту концепцию. Это была инициатива Сибирского отделения РАН – предложить хотя бы первый вариант национальной инновационной программы на основе того, что уже есть в Академии наук, в главном Сибирском отделении. А наш институт как раз выступал с предложением развивать в стране современные строительные технологии и в частности, на Крайнем Севере. Север у нас – наиболее динамично развивающийся регион, ведь там все основные запасы и месторождения. Мы объединились с «Фундаментстройаркосом» и создали этот проект по основаниям фундаментов на многолетних мерзлых грунтах. Там всего 13 инновационных программ, которые предлагало Сибирское отделение РАН, и одна из них – наша.
- Есть ли надежда, что эту концепцию все-таки примут?
- Не эту, так другую, но примут – деваться некуда. Если мы не хотим ухудшения уровня жизни, а хотим его непрерывного роста. Но нужны очень хорошие менеджеры, которые запустят эти программы в жизнь, и в кратчайшие сроки мы получим результат.

Из истории науки
Мерзлотоведение (или геокриология, как ее чаще называют) – довольно молодая наука. Ее рождение связывают с выходом первой монографии
«Мерзлые почвы СССР» основоположника российского мерзлотоведения Михаила Сумгина в 1927 году. С тех пор начались организационные меры по созданию разных структур, занимающихся мерзлотой. В частности, в Москве был создан первый Институт мерзлотоведения, который получил имя его директора Владимира Обручева. Институт развивал по России сеть станций: в 1935 году была создана мерзлотная станция на Игарке, в 1940 году – в Якутске. В 1961 году Институт мерзлотоведения был закрыт в связи с реформами науки, проведенными Никитой Хрущевым. Он считал, что наука должна быть ближе к объекту изучения и предложил организовать институт в Красноярске. Но идея провалилась из-за отсутствия в Красноярске научных специалистов. Зато к этому времени уже созрел коллектив в Якутске, где было образовано Северо-Восточное отделение Института мерзлотоведения. С 1961 года это уже самостоятельный институт в составе Сибирского отделения РАН. В 1991 году появилось еще одно научное учреждение, которое также занимается криосферными процессами, явлениями и образованиями – Институт криосферы Земли в Тюмени.

Сергей КУЗНЕЦОВ
«Эксперт-Урал»