ДЕГРАДАЦИЯ МЕРЗЛОТЫ ПРИ ВОЗМОЖНОМ ГЛОБАЛЬНОМ ПОТЕПЛЕНИИ КЛИМАТА

    Закономерности деградации многолетнемерзлых пород (ММП) могут быть представлены в виде пространственно-временной изменчивости трех характеристик: время начала оттаивания ММП, повышение их среднегодовой температуры, понижение кровли ММП. Необходимые для таких оценок долгосрочные изменения температуры ММП требуют решения нестационарной задачи теплопроводности (задачи Стефана) с меняющимися во времени граничными условиями. Такая задача точного аналитического решения не имеет, ее реализация возможна только численными методами с использованием ЭВМ. Методика выполненных прогнозных расчетов изложена в [2].
    Выбранные для исследования пункты (метеостанции с относительно длинными рядами наблюдений) примерно равномерно расположены на территории криолитозоны. В каждом пункте назначались несколько типов разреза пород. Так, для равнинных районов криолитозоны выбраны пески, суглинки и торф, подстилаемый песками или суглинками. В соответствии со строением разреза, составом и криогенным строением пород назначали необходимые для расчетов теплофизические характеристики. Для возможности сопоставления результатов расчетов свойства каждого типа пород приняты одинаковыми для всей криолитозоны. Для рыхлых пород коэффициент теплопроводности талого песка - 1,6, мерзлого - 1,8, талого суглинка - 1,2, мерзлого - 1,4, талого торфа - 0,6, мерзлого - 0,9 ккал/м.ч. * °C, объемная теплоемкость талого песка - 660, мерзлого - 490, талого суглинка - 720, мерзлого - 520, талого торфа - 660, мерзлого - 490 ккал/м³ * °C, затраты тепла на фазовые переходы песка - 16 000, суглинка - 25 000, торфа - 50 000 ккал/м³. Для горных районов приняты теплофизические свойства, характерные для скальных пород выбранных реперных пунктов.   

Рис. 1. Зависимость времени начала оттаивания ММП () от их начальной среднегодовой температуры (t0) для разных трендов потепления климата: 1 - = 0,045 °C/год, 2 - = 0,06 °C/год

    При прогнозном математическом моделировании были приняты следующие допущения. В течение расчетного периода (110 лет) повышение среднегодовой температуры воздуха происходит по линейному закону; теплофизические характеристики растительного и снежного покровов, а также теплофизические свойства верхнего слоя пород остаются неизменными; не учитывались возможная осадка оттаивающих ММП и развитие криогенных процессов. Расчетная область задавалась на 30-50 м глубже современного положения подошвы ММП. В процессе расчетов температурное поле фиксировалось по глубине расчетной области через 5-10 лет. Результаты моделирования, выполненного при таких допущениях, позволили выявить некоторые пространственно-временные закономерности процесса деградации криолитозоны.
    Период времени () от начала потепления климата до момента, когда среднегодовая температура ММП повысится до 0°C (в дальнейшем начнется прогрессирующее оттаивание ММП), оказался прямо пропорционален среднегодовой температуре ММП на момент начала потепления климата (₀) и обратно пропорционален тренду потепления () и может быть рассчитан по уравнению t = A| ₀ |/ Dt, где A - коэффициент, который зависит от тренда повышения температуры воздуха и может быть получен из графика зависимости времени начала оттаивания ММП от их начальной среднегодовой температуры для каждого темпа потепления климата. На рис. 1 в качестве примера приведены графики для пунктов, различающихся строением разреза (торф, суглинок, песок), ландшафтными и климатическими условиями (использованы прогнозные расчеты по пунктам Нум-То, Надым, Тазовский, Воркута, Амдерма), но имеющих один тренд потепления. Расчеты показали, что при = 0,06 °C/год A = 1,13, а при = 0,045 °C/год A = 2,48.

Назад| Следующая страница