Ученые НГТУ НЭТИ исследовали мерзлые грунты Сибири и российской Арктики

Состояние геологических сред российской Арктики и Сибири с целью определения реакции мерзлых грунтов на изменения температуры, в том числе из-за техногенных факторов, исследовали ученые Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) НЭТИ, 20 февраля сообщает пресс-служба вуза. При участии специалистов Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН исследователи НГТУ НЭТИ провели многомасштабное моделирование напряженно-деформированного состояния геологических сред в этих регионах. Для оценки поведения грунтов в условиях многолетней мерзлоты ученые разработали математические модели влияния на состояние почв изменения температуры и внешних нагрузок. Исследование показало, что мерзлоту на территории Арктики и Сибири вечной можно назвать лишь условно — в реальности она чутко реагирует как на смену сезонов, так и на тепло, идущее от построек и трубопроводов. Руководитель проекта, доцент кафедры геофизических систем НГТУ НЭТИ кандидат физико-математических наук Анастасия Кутищева пояснила, что летом порода в этих регионах растаивает на глубину до четырех метров, а зимой снова промерзает метров на пять. Моделирование показало, что на состояние мерзлоты, кроме температуры воздуха, большое влияние оказывает снежный покров, работающий естественным утеплителем грунта. «Конечно, это общеизвестный факт, однако это косвенно подтверждает корректность получаемых результатов. Иными словами, численное моделирование соответствует „физике процесса“», — отметила ученый. Очень важные результаты ученые получили при изучении влияния техногенных факторов, в том числе свайных конструкций. Оказалось, что теплая бетонная свая способна «прожигать» мерзлоту вокруг себя, формируя область постоянного оттаивания. Это нарушает прочность породы, создавая серьезные риски для строительства, инфраструктуры, а также экологии, поскольку разрушение мерзлых грунтов может спровоцировать выброс парниковых газов — метана и углекислого газа, ускорив тем самым глобальное потепление. «Для проверки этих процессов, — поделилась Анастасия Кутищева, — мы использовали специальные вычислительные методы, которые позволили проследить за изменениями мерзлоты с шагом в 10 минут для суточных процессов и один день для сезонных. Всё это в будущем поможет спрогнозировать, как будет вести себя грунт дальше, а также учесть различные факторы при строительстве дорог, зданий и трубопроводов в районах вечной мерзлоты». Рассчитав с помощью численного моделирования, как именно мерзлые грунты реагируют на изменения температуры и нагрузки, исследователи установили, что даже без учета подвижности грунтовых вод при оттаивании грунта, просто под действием гравитации порода за теплый сезон проседает на два сантиметра. Также они зафиксировали, что порода последовательно тает и замерзает на глубину до четырех метров, а это приводит к деградации структуры породы. Анастасия Кутищева отметила, что ученые НГТУ НЭТИ провели уникальную работу. Разработанная ими методика учитывает несколько взаимосвязанных процессов, таких как теплопередача, механическая деформация и фазовые переходы воды в грунт, Это позволяет получать результаты более точные, чем выдают другие модели, которые чаще всего учитывают лишь один из этих процессов. «Кроме этого, созданные алгоритмы мы оптимизировали для параллельных вычислений. Это позволило провести расчеты быстрее и в более высоком разрешении. Чем выше детализация, тем лучше прогноз, а в таких вопросах, как устойчивость зданий или безопасность трубопроводов, точность решает всё», — подчеркнула Анастасия Кутищева. Ученые НГТУ НЭТИ продолжат свои исследования. Деградация мерзлых пород требует постоянного мониторинга и уточнения прогнозов для предотвращения аварий. В дальнейшем они намерены адаптировать разработанные модели к новым климатическим условиям и, расширив возможности программного комплекса, провести дополнительные вычислительные эксперименты, чтобы проанализировать влияние изменений климата на многолетнемерзлые породы. glavno.smi.today