КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 17-77-10130

НазваниеВлияние глобальных климатических изменений и локальных техногенных нарушений на динамику термоабразионных берегов и устойчивость инженерных сооружений в криолитозоне вдоль трассы Северного морского пути: анализ и прогноз

РуководительБаранская Алиса Владиславовна, Кандидат географических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2017 - 06.2019

Конкурс№23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-702 - Геоморфология

Ключевые словадинамика берегов, геоэкология, геотехническая безопасность, Карское море, термоабразия, берегозащита

Код ГРНТИ38.47.00

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время в связи с истощением запасов нефти и газа в обжитых и транспортно легко доступных районах России начинается новый этап освоения отдаленных месторождений на побережье и шельфе арктических морей. Суровость природных условий - важнейший фактор, лимитирующий применение тех или иных промышленных технологий. Игнорирование природных факторов и, в частности, термоабразии берегов, может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций, природных и техногенных катастроф, устранение последствий которых может свести на нет выгоды от добычи полезных ископаемых. Термоабразия – процесс разрушения берегов и подводного склона, сложенных мерзлыми дисперсными породами. Динамика типичных термоабразионных берегов в общем виде определяется сочетанием и взаимодействием термического и волно-энергетического факторов. В условиях глобального изменения климата и ледовитости арктических морей в последнее десятилетие отмечается рост влияния на динамику берегов как термического, так и волно-энергетического факторов. Усиление абразии происходит как в результате более интенсивного оттаивания мерзлых грунтов под действием более высоких температур воздуха и воды, увеличения количества осадков, так и за счет увеличения волнового воздействия на берег, рост которого обусловлен расширением динамически активного периода и увеличением длины разгона волн. Наряду с климатическими факторами на динамику берегов криолитозоны заметно влияет техногенный фактор, вызванный нарушениями окружающей среды в процессе строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Наиболее опасный случай наблюдается тогда, когда проявление климатического фактора и локальные техногенные нарушения совпадают по фазе и времени. Совместное влияние этих факторов приводит к негативному синергетическому эффекту, приводящему к катастрофическому сценарию многократного ускорения разрушения берегов в криолитозоне. Абразия берегов относится к категории опасных процессов применительно к объектам прибрежной инфраструктуры. Недооценка ее величин может привести к повреждению инженерных сооружений, к примеру, к оголению трубопроводов; в тоже время излишнее их заглубление сильно удорожает их строительство. Найти оптимальный вариант и, тем самым, снизить риски возникновения чрезвычайных ситуаций в настоящее время наиболее актуальная задача науки и практики. Причем задача эта усложняется тем фактом, что активное освоение прибрежно-шельфовой зоны арктических морей в настоящее время ведется в условиях глобальных климатических изменений. Достоверный прогноз динамики термоабразионных берегов невозможен без понимания механизма и движущих факторов их развития. Важнейшим звеном понимания механизма развития термоабразионного берега, в свою очередь, являются натурные наблюдения за процессом их разрушения (термоденудации) и отступания берегов (волновой абразии). Только натурный ряд наблюдений позволяет реконструировать условия термоабразии берегов и построить надежные корреляционные зависимости относительно активных гидродинамических факторов, определяющих термический и волновой режим. Использование разновременных спутниковых изображений, в свою очередь, позволяет дополнить данные натурных наблюдений и расширить период оценки изменения скоростей отступания берегов. Впервые предполагается дать прогноз, учитывающий как современные тенденции изменения климата, так и техногенные нарушения. Предлагаемые в рамках проекта методы и подходы являются инновационными, так как ранее не были в полной мере реализованы. В особенности это относится к анализу межгодовой изменчивости гидрометеорологических факторов, их влияния на динамику берегов в условиях изменения климата. Таким образом, проект предполагает качественную и количественную оценку влияния меняющихся во времени и пространстве факторов природной и техногенной среды на динамику берегов Российской Арктики на рубеже XX и XXI веков.

Ожидаемые результаты
По итогам проекта будут получены следующие научные результаты: 1. Обзор факторов динамики термоабразионных берегов и связей между ними (схема, текст): оценки тенденций изменений климата и ледовитости, как факторов динамики берегов, сложенных дисперсными многолетнемерзлыми породами; 2. Анализ динамики термоабразионных берегов ключевых участков нефтегазового освоения на побережье Карского моря. Для ключевых участков будут получены следующие результаты: - оценка геоморфологических особенностей, состава и криолитологического строения четвертичных отложений; - оценки изменчивости гидрометеорологических (термических, ветро-волновых, ледовых) характеристик в XX и начале ХХI веков; - расчетные величины ветроволновой энергии как величины, от которой зависит скорость отступания термоабразионных берегов; оценка изменчивости ветроволноэнергетического фактора; - оценка влияния техногенных нарушений на береговую зону (время проявления, интенсивность); - анализ ряда натурных наблюдений за отступанием берегов (полевых измерений с 1980х годов по настоящее время): графики, диаграммы; - результаты дешифрирования разновременных спутниковых изображений: схемы дешифрирования, рассчитанные скорости отступания; - анализ причин пространственной изменчивости скоростей отступания термоабразионных берегов ключевых участков: качественная оценка вклада свойств многолетнемерзлых отложений, наличия подземных льдов, изменений вдольбереговых потоков наносов, техногенных нарушений; - анализ причин временной изменчивости скоростей отступания термоабразионных берегов ключевых участков: оценка соотношения влияния температуры и ветроволновой энергии на отступание берегов; выявление периодов ускорения термоабразии, связанных с высокой антропогенной нагрузкой в определенные годы; определение эффекта, связанного с совместным одновременным действием гидрометеорологического и техногенного фактора. 3. Сравнение динамики берегов ключевых участков с отступанием термоабразионных берегов других арктических морей 4. Прогноз динамики термоабразионных берегов на ключевых участках нефтегазового освоения к 2050 году для различных сценариев изменения климата и ледовитости.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Проект направлен на изучение термоабразии арктических берегов вдоль трассы Северного Морского Пути. Термоабразия – процесс разрушения берегов и подводного склона, сложенных мерзлыми дисперсными породами. Динамика таких берегов в общем виде определяется сочетанием и взаимодействием термического и волно-энергетического факторов. Основной целью проекта стала качественная и количественная оценка влияния меняющихся во времени и пространстве факторов природной и техногенной среды на динамику берегов Российской Арктики на рубеже XX и XXI веков. В течение первого года работы над проектом проводился общий обзор теоретических основ динамики термоабразионных берегов, анализ ее факторов и связей между ними; кроме того, осуществлялся подбор и первичная обработка гидрометеорологических данных, данных о геоморфологическом, геологическом и криолитологическом строении берегов ключевых участков, спутниковых и картографических изображений, а также результатов многолетнего полевого мониторинга динамики берегов. В рамках работы над проектом проводилось комплексное исследование трех ключевых участков: Ямальский и Уральский берег Байдарацкой губы Карского моря в районе примыкания подводного перехода трубопровода "Бованенково-Ухта" через Байдарацкую губу, а также район пос. Харасавэй. Значительная часть гидрометеорологических данных, использованных в работе, - данные срочных наблюдений на гидрометеорологической станции (ГМС) Марресаля (пос. Марре-Сале), располагающейся между ключевыми участками и лучше всего отражающей погодные условия на их берегах. По итогам первого, 2017-2018, года исследований были получены следующие результаты: - собранные, обработанные и проанализированные гидрометеорологические данные, отражающие текущее состояние и изменения климата Карского региона в XX-XXI веке: оценки изменения температурного режима, энергии волн, уровня моря, продолжительности безледного периода, распространения и площади морских льдов, и др.; -результаты оценки межгодовой изменчивости двух основных составляющих термоабразионного потенциала Карского моря: температурного и ветроволноэнергетического факторов (графики изменения суммы положительных и отрицательных среднесуточных температур, графики рассчитанной изменчивости ветроволновой энергии); - результаты сбора и анализа базы данных о морфологии, строении и динамике берегов ключевых участков по данным натурных наблюдений: геоморфологические карты и описания, геолого-геоморфологические профили и разрезы, геокриологические разрезы и описания, графики величин и скоростей отступания берегов ключевых участков и анализ их изменчивости; - предварительные результаты анализа разновременных аэрокосмических изображений: привязанные спутниковые и аэрофотоснимки; результаты дешифрирования береговых линий; - банк данных техногенных нарушений, влияющих на динамику берегов ключевых участков. Подобная комплексная оценка была получена для ключевых участков впервые; в дальнейшем, во время второго года проекта результаты анализа пространственной и временной изменчивости скоростей отступания берегов планируется сопоставить с изменчивостью гидрометеорологического потенциала термоабразии; количественно оценить вклад основных факторов динамики берегов в результирующие изменения их скоростей отступания для прогноза развития побережий в условиях изменения климата. Результаты работ опубликованы в статье в издании, входящем в Scopus, а также доложены на международных конференциях. Страница в сети Интернет, посвященная проекту - http://www.geogr.msu.ru/structure/labs/geos/nauchd/17-77-10130.php

Публикации

1. Баранская А.В., Белова Н.Г., Кокин О.В., Шабанова Н.Н., Алексютина Д.М., Огородов С.А. Coastal dynamics of the Barents and Kara seas in changing environment Proceedings of the Thirteenth International MEDCOAST Congress on Coastal and Marine Science, Engineering, Management and Conservation, MEDCOAST 17, vol.1, p. 281–292 (год публикации - 2017)

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В течение второго года работы над Проектом были проанализированы особенности, причины и факторы пространственно- временной изменчивости скоростей отступания термоабразионных берегов на основании полученных в течение первого года базовых данных. Итогом стали следующие научные результаты: - Составлены схемы дешифрирования разновременных аэрокосмических изображений для всех трех ключевых участков (Уральский, Ямальский берег Байдарацкой губы, Харасавэй), и для нового ключевого участка полевых исследований 2016 г. (залив Крузенштерна), карты скоростей отступания берегов по разным периодам, рассчитанные значения скоростей отступания за более длительный промежуток времени, по сравнению с данными инструментальных измерений (1960е - н.вр.). Эти результаты сравнивались с результатами анализа данных полевого мониторинга динамики берегов, геоморфологическими схемами и профилями, геологическими разрезами; - Рассчитаны значения межгодовой изменчивости ветроволновой энергии для Ямальского и Уральского берега Байдарацкой губы (аналогично сделанным в 2017-2018 г. для Харасавэя и Марресале); - Проведен корреляционный анализ межгодовой изменчивости термического и волноэнергетического факторов динамики берегов с временной изменчивостью скоростей отступания берегов; определена количественная оценка вклада каждого их факторов в темпы термоабразии Ямальского и Уральского берегов Байдарацкой губы; сделан прогноз динамики берегов этих ключевых участков для базовых сценариев изменения климата (заданных изменений температуры и ветроволновой энергии); - На основании данных об изменениях ветроволновой энергии и индекса таяния рассчитана межгодовая изменчивость значения общего гидрометеорологического потенциала динамики термоабразионных берегов (интергальный параметр, включающий температурный и волноэнергетический фактор) для Ямальского и Уральского берегов Байдарацкой губы; - Проведена оценка причин пространственной и временной изменчивости скоростей отступания берегов (включая разделение влияния гидрометеорологических и техногенных факторов и экспертную оценка вклада техногенного фактора с указанием наиболее опасных типов нарушений и рекомендаций по их предотвращению); - Проведено сравнение динамики берегов ключевых участков с отступанием термоабразионных берегов других арктических морей вдоль трассы Северного морского пути. Результаты работ опубликованы в трех статьях в изданиях, входящих в Scopus и Web of Science, а также доложены на международных конференциях. Страница в сети Интернет, посвященная проекту - http://www.geogr.msu.ru/structure/labs/geos/nauchd/17-77-10130.php

Публикации

1. Баранская А.В., Новикова А.В.,Шабанова Н.Н., Шабанов П.А.,Белова Н.Г.,Мазнев С.В.,Огородов С.А. Coastal erosion of ice-rich permafrost in a shallow enclosed bay (Gulf of Kruzenstern, western Yamal) Remote Sensing, - (год публикации - 2019)

2. Новикова А.В., Белова Н.Г., Баранская А.В., Алексютина Д.М., Маслаков А.А.,Зеленин Е.А., Шабанова Н.Н.,Огородов С.А. Dynamics of Permafrost Coasts of Baydaratskaya Bay (Kara Sea) Based on Multi-Temporal Remote Sensing Data Remote Sensing, 10(9), 1481 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.3390/rs10091481

3. Баранская А.В. Разрушение льдистых берегов мелководных акваторий на примере залива Крузенштерна, Западный Ямал Материалы Международной научной конференции «Закономерности формирования и воздействия морских, атмосферных опасных явлений и катастроф на прибрежную зону РФ в условиях глобальных климатических и индустриальных вызовов», - (год публикации - 2019)

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта можно использовать при планировании любой хозяйственной деятельности в береговой зоне арктических морей России вдоль трассы Северного Морского Пути. Данные о скоростях термоабразии необходимы при проектировании и строительстве объектов на побережье; кроме того, три из ключевых участка уже сейчас освоены, на них размещены стратегические объекты: подводный переход газопровода "Бованенково-Ухта" через Байдарацкую губу на Ямальском и Уральском берегу и порт Харасавэй. В районе залива Крузенштерна находится Крузенштерновское месторождение углеводородов, которое будет разрабатываться в будущем. Для всех этих объектов данные всестороннего мониторинга динамики берегов могут и должны стать основой безопасной эксплуатации. Кроме того, общие закономерности и связи между отступанием берегов, строением и морфологией уступа и гидрометеорологическими параметрами позволят в будущем приблизиться к пониманию и оценке темпов термоабразии на любом участке арктического побережья, а не только на участках многолетнего мониторинга, что важно для принятия решений о хозяйственном освоении арктических регионов.