Риски вторжения в гидросферу Арктики

Пути переноса загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах Арктики.
Рисунок из книги "Загрязнение Арктики: Доклад о состоянии окружающей среды Арктики", СПб., 1998

Количество природных катастроф в мире с ущербом более 1% ВВП страны выросло с 1963 по 1992 год в 4,1 раза. За этот же период число пострадавших от стихийных бедствий выросло в 3,5 раза, а число погибших – в 2,5 раза. Общий экономический ущерб за этот период составил 340 млрд. долл. Большая часть вышеперечисленных чрезвычайных ситуаций характерна для российского Севера, занимающего две трети территории страны. И это понятно – риски техногенных аварий и природных катастроф резко возрастают при освоении экстремальных сред, и прежде всего это касается гидросферы Арктики и Субарктики.

Черное на белом

В основном опасность загрязнения гидросферы Арктики сводится к усилению риска нефтеразливов при авариях нефтепроводов, особенно в связи с таянием мерзлоты в условиях глобального потепления, при морской транспортировке нефти и обустройстве месторождений. Следует отметить, что в арктических условиях объем разлившейся нефти может превысить операционные лимиты существующих технологий ликвидации нефтяных разливов, что повышает риск катастрофических аварий. В то же время арктический лед, в том числе припайный, в ряде случаев является хорошим боновым заграждением для разлившейся нефти, что может снижать размер акватории, загрязненной в случае разлива.

С другой стороны, лед Печорского моря в возрасте одного года имеет толщину более 1,5 м (9 месяцев в году). А торосы, достигающие 3,5 м в высоту, могут представлять серьезную опасность ледокольным танкерам. Россия нуждается в специальных ледокольных танкерах, но пока их нет. Не обладает Россия и технологиями для глубокого (с глубин свыше 2 км) морского бурения, коими обладают США, Япония, Южная Корея.

Замедленность биохимических процессов в арктических условиях, предопределяющая низкую способность речных вод к самоочищению, слабая минерализация (50–200 мг/л) и преимущественно нейтральная их реакция (рН=6,8–7,2) определяют слабую устойчивость водных объектов к различным загрязнителям.

Усиливает опасность разливов нефти при транспортировке высокая изношенность трубопроводной инфраструктуры (до 65%), высокая аварийность промышленных объектов (число потенциально аварийных объектов в России превышает 25%). Только на нефтепроводах Западной Сибири ежегодно фиксируется 300 аварий с выбросами более 10 тыс. тонн нефти при каждой. Ежегодно в Тюменской области разливается свыше 10 млн. тонн нефти.

Речной ежегодный вынос нефтепродуктов в Белое море превышает 5 тыс. тонн, в Баренцево – 10 тыс. тонн, объем выноса сточных вод составляет в Мурманской области 307 млн. кубометров в год, в Норильском промышленном регионе – 44 млн. кубометров. Особенно загрязнены крупные реки Арктики – превышение ПДК по нефти (до 7 ПДК) и аммонийному азоту (более 2 ПДК) отмечено для Оби, в Енисее – по нефти (8 ПДК), в Индигирке – по фенолу (40 ПДК).

Значительная часть загрязнителей оседает в устьях рек, накапливаясь в донных отложениях. Это представляет серьезную опасность для рыб. Так, донные отложения в зимовальных ямах осетра в Обской губе на 10% состоят из тяжелых фракций нефти.

Арктические трубы

Аварийными в условиях Арктики становятся не только изношенные, но и только что построенные трубопроводы, уложенные в неподготовленные траншеи по наспех изготовленным проектам без должных геокриологических исследований. Именно так случилось с нефтепроводом ВС-ТО, где 19 января 2010 года в 30 км от г. Ленска во время работ по устранению дефекта произошел разлив нефти объемом 450 кубометров, а 3 февраля в Сковородинском районе Амурской области произошла очередная авария с разливом нефти (во время выемки грунтов экскаватор зацепил трубу) и попаданием ее в реку Большой Невер (приток Амура). Хорошо, что обе аварии произошли зимой, поэтому нефть была вязкой и не проникла глубоко в почву сквозь снег.

Особенно опасны разливы нефти в арктических условиях (движущиеся льды, низкие температуры, сильные ветры, шторма, высокая ранимость экосистем и т.д.). Это подтверждает авария с танкером «Экссон Вализ», происшедшая в марте 1989 года у берегов Аляски (залив Принца Уильяма). Судно со 140 тыс. тоннами нефти вышло из порта Вализ (конечный пункт Трансаляскинского нефтепровода) и в 23 милях от порта наскочило на риф. В результате аварии вылилось 40 тыс. тонн нефти, которая покрыла 40 тыс. квадратных километров акватории и было загрязнено побережье на протяжении 2,4 тыс. километров.

Вследствие этой аварии погибли более 35 тыс. водоплавающих птиц, был нанесен огромный ущерб рыболовству. В очистке моря и берегов применялись самые разнообразные средства: от подаваемой под давлением горячей воды, боновых заграждений до нефтепоглощающих бактерий, фосфатных и азотных порошков, которые сами по себе являются не меньшим источником загрязнения, чем нефть. Однако к 1990 году было собрано не более 10–15% разлившейся нефти. В 2005 году выяснилось, что нефть только слегка выветрилась в прибрежной полосе вдоль зоны нефтяного разлива.

Приращение мертвого объема

Рискованно в арктических условиях и гидростроительство. Значительная часть крупных ГЭС России расположена в суровых по природным условиям регионах, в зоне вечной мерзлоты. Это Вилюйская, Хантайская, Колымская, Курейская, Зейская, Мамаканская и другие ГЭС. Около половины аварий на гидроузлах происходит здесь из-за неучета криогенных процессов в теле плотин, их основаниях и в районах примыкания. За счет просадок дна при оттаивании мерзлых пород происходит увеличение объемов водохранилищ на 15% и более, что задерживает достижение нижнего предельного уровня (НПУ), осложняет условия эксплуатации водохранилищ, снижает выработку энергии.

Увеличение объема за счет термопросадок впервые было установлено у Усть-Хантайского водохранилища, НПУ которого был достигнут лишь спустя 20 лет после заполнения водоема, при этом его объем увеличился на 14%. Термопросадки наблюдались и у Вилюйского гидроузла: в первые четыре года его эксплуатации многолетнемерзлые породы протаяли под плотиной, где ощущалось наибольшее воздействие на вечномерзлые породы, на глубину в 9 м, в остальные годы – на 6–9 м, а наибольшая величина протаивания составила 14 м.

Согласно расчетам ведущего научного сотрудника Лаборатории гидрологии Института географии РАН Л.К.Малик, термопросадки на Селемджинском водохранилище в первые 5–10 лет его эксплуатации могут вызвать приращения мертвого объема на 5%, что потребует дополнительных водных ресурсов.

Аварийная ситуация сложилась на каменно-земляной плотине Колымской ГЭС в 1988 году, где произошел прорыв напорного фронта с выносом значительного объема грунта, как и у плотины Курейской ГЭС в 1992 году. В обоих случаях были недостаточно учтены особенности геологических условий в процессе изысканий в зоне вечной мерзлоты.

Микроклимат в гидроузле

По мнению профессора биолого-географического факультета Якутского государственного университета Елены Щадриной, протаивание грунтов усилилось после возведения Вилюйского гидроузла. Сорокалетний срок эксплуатации Вилюйского водохранилища показывал, что в радиусе 600–800 км от него существенно изменилась влажность воздуха, идет потепление температурного режима воздуха. Возникновение водохранилища способствовало развитию ветровых явлений, полностью изменило гидрорежим Вилюя.

До зарегулирования реки весенний паводок обеспечивал 69% годового исхода воды, зимой сток сокращался до 18%. После строительства плотины усилились эрозионно-русловые процессы, что характерно для всех гидроузлов в условиях Севера, за счет интенсивной переработки берегов из-за оттаивания многолетней мерзлоты и других природных особенностей. Гидравлические сбросы воды привели к гидрологическим изменениям русла реки, обрушениям берегов, образованиям неестественных ям в летнее время в русле реки.

Влияние Вилюйского водохранилища, созданного в верхнем течении реки, сказывается на русле Вилюя вплоть до устья и проявляется даже в русловых процессах Лены ниже устья реки Вилюй по течению. Искусственный водоем стал источником поступлений в реку Вилюй фенолов, так как в нем затоплено 3,5 млн. кубометров древесины, которая активно разлагается. Кроме того, на начальных этапах формирования водохранилища большое количество затопленной древесны и травянистой растительности привело к возникновению бескислородных сероводородных зон.

Все это ставит проблему оценки риска развития чрезвычайных ситуаций на гидроузлах Севера еще на этапе инженерно-геологических изысканий. Такие уточнения были осуществлены на ряде ГЭС – Колымской, Вилюйской, Курейской, Бурейской, Богучанской и др. В условиях глобального потепления и увеличения продолжительности стока рек и выработки электроэнергии в условиях Арктики такая работа, требующая переоценки условий эксплуатации существующих и проектируемых гидроузлов Сибири, весьма актуальна. В то же время авария, связанная с недооценкой геологических условий и дефектами строительства, явилась причиной прорыва плотины Курейской ГЭС. Плохо выполненная гидроизоляция стала причиной фильтрации в деривационном туннеле Храмской ГЭС, дефектов в зоне сопряжения грунтовой плотины с основанием у Кривопорожской ГЭС в Карелии и проявления фильтрации в плотине Саяно-Шушенской ГЭС.

Таким образом мероприятия, накладываемые арктическими условиями на освоение водных и морских ресурсов, существенно повышают риск развития негативных гидроэкологических ситуаций. Аварии и неразумная эксплуатация природных ресурсов в зоне вечной мерзлоты и арктического континентального шельфа могут надолго нарушить хрупкое экологическое равновесие, что нужно учитывать при вторжении в неосвоенные и малоизученные районы российского Севера.