Помощь студентам в учебе
Изменение климата и его влияние на природную среду и инженерную инфраструктуру Крайнего севера России
|
АННОТАЦИЯ 2
Введение 4
Глава1. Современные и предполагаемые изменения климата на Крайнем
Севере 6
1.1. Существующие методы прогноза климата и особенности их
применения в северных регионах 6
1.2. Прямые и косвенные показатели (индикаторы) изменения климата
холодных регионов 11
1.2.1. Растительный покров 17
1.2.2. Животный мир 18
1.3. Динамика температуры и осадков по г. Челябинск с 1975 по 1984 гг. и
с 2001 по 2010 гг 20
1.4. Анализ полученных данных и прогнозирование изменения климата в
криолитозоне в северном полушарии 26
Глава 2. Вечная мерзлота - явление глобального масштаба 30
Глава 3. Изменение вечной мерзлоты в условиях антропогенного потепления и геокриологические риски для ландшафтов и инфраструктуры районов Крайнего Севера 33
3.1. Геокриологические факторы влияния на ландшафты Крайнего
Севера 33
3.2. Геокриологические факторы влияния на инженерную инфраструктуру
Крайнего Севера 33
3.3. Оценка геокриологических опасностей для природных ландшафтов и
инженерной инфраструктуры районов Крайнего Севера 40
3.4. Геокриологические факторы влияния на растительность Крайнего
Севера 44
3.5. Изменение распространения вечной мерзлоты и глубины сезонного
оттаивания при потеплении 49
Заключение 63
Список используемой литературы 65
Введение 4
Глава1. Современные и предполагаемые изменения климата на Крайнем
Севере 6
1.1. Существующие методы прогноза климата и особенности их
применения в северных регионах 6
1.2. Прямые и косвенные показатели (индикаторы) изменения климата
холодных регионов 11
1.2.1. Растительный покров 17
1.2.2. Животный мир 18
1.3. Динамика температуры и осадков по г. Челябинск с 1975 по 1984 гг. и
с 2001 по 2010 гг 20
1.4. Анализ полученных данных и прогнозирование изменения климата в
криолитозоне в северном полушарии 26
Глава 2. Вечная мерзлота - явление глобального масштаба 30
Глава 3. Изменение вечной мерзлоты в условиях антропогенного потепления и геокриологические риски для ландшафтов и инфраструктуры районов Крайнего Севера 33
3.1. Геокриологические факторы влияния на ландшафты Крайнего
Севера 33
3.2. Геокриологические факторы влияния на инженерную инфраструктуру
Крайнего Севера 33
3.3. Оценка геокриологических опасностей для природных ландшафтов и
инженерной инфраструктуры районов Крайнего Севера 40
3.4. Геокриологические факторы влияния на растительность Крайнего
Севера 44
3.5. Изменение распространения вечной мерзлоты и глубины сезонного
оттаивания при потеплении 49
Заключение 63
Список используемой литературы 65
Вечная мерзлота занимает около 67% территории России. К вечной мерзлоте относятся слои грунта и грунтовые породы, температура которых на протяжении нескольких лет не поднимается выше 0°. Районе распространения вечной мерзлоты объединены понятием криолитозоны. В зонах криолитозоны имеются развитые инфраструктуры, значимая часть которых занимается обслуживанием добывающей промышленности. Кроме протяженных транспортных магистралей, мостов, нефтепроводов, линий электропередач, взлетно-посадочных полос, морских и речных портов имеются крупные города (Якутск, Норильск, Воркута), и населенные пункты которые построены на вечной мерзлоте. Большое количество сооружений построены на свайном фундаменте которые используют вместо основания мерзлый грунт.
Климатическое потепление вызывает уменьшение толщины вечной мерзлоты, совокупность имеющихся процессов приводит к увеличению температуры мерзлого грунта. Но северный ландшафт и растительность имеет некоторую устойчивость к воздействиям внешних факторов и в том числе климата.
Потеря устойчивости криолитозоны приводит к многим социальным, экономическим и экологическим последствиям. Если изменения не прекратятся, то через несколько десятилетий будет изменение прочности вечной мерзлоты что приведет в свою очередь к уменьшению несущей способности фундаментов и разрушение или повреждение построенных сооружений. Повреждения трубопроводов, проходящих через вечную мерзлоту, могут сопровождаться выбросами в окружающую среду нефтепродуктов. На неосвоенных участках криолитозоны могут происходить просадки грунта тем самым изменяя ландшафт [16]. В связи с этим проблемы, которые возникнут потребуется незамедлительное и всестороннее изучение, и решения, поскольку они ставят под угрозу экологическую безопасность районов Крайнего Севера.
Объект исследования. Климат и инфраструктура Крайнего Севера.
Предмет исследования. Устойчивость криолитозоны, ландшафтов и инженерной инфраструктуры Крайнего Севера в условиях глобального изменения климата.
Актуальность исследования. В связи с происходящим изменением климата, исследования вечной мерзлоты приобрели новую направленность - изучение последствий антропогенного потепления для природной среды, экономики и социальной сферы. Такие исследования необходимы для разработки экономических и политических стратегий адаптации к предстоящему потеплению [16].
Цель квалификационной работы. Оценка природных опасностей, связанных с деградацией многолетнемерзлых грунтов, и прогнозирование на ее основе, геокриологические риски для природных ландшафтов и инфраструктуры в области распространения вечной мерзлоты.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Объективно оценить теоретические прогнозы изменения климата для субарктической области, на основе сравнения имеющихся результатов;
2. Спрогнозировать влияние изменения растительности на термический режим вечной мерзлоты и на снегонакопление в процессе потепления;
3. Предсказать геокриологические опасности для природных ландшафтов и для инфраструктуры районов распространения вечной мерзлоты в условиях изменения климата.
Климатическое потепление вызывает уменьшение толщины вечной мерзлоты, совокупность имеющихся процессов приводит к увеличению температуры мерзлого грунта. Но северный ландшафт и растительность имеет некоторую устойчивость к воздействиям внешних факторов и в том числе климата.
Потеря устойчивости криолитозоны приводит к многим социальным, экономическим и экологическим последствиям. Если изменения не прекратятся, то через несколько десятилетий будет изменение прочности вечной мерзлоты что приведет в свою очередь к уменьшению несущей способности фундаментов и разрушение или повреждение построенных сооружений. Повреждения трубопроводов, проходящих через вечную мерзлоту, могут сопровождаться выбросами в окружающую среду нефтепродуктов. На неосвоенных участках криолитозоны могут происходить просадки грунта тем самым изменяя ландшафт [16]. В связи с этим проблемы, которые возникнут потребуется незамедлительное и всестороннее изучение, и решения, поскольку они ставят под угрозу экологическую безопасность районов Крайнего Севера.
Объект исследования. Климат и инфраструктура Крайнего Севера.
Предмет исследования. Устойчивость криолитозоны, ландшафтов и инженерной инфраструктуры Крайнего Севера в условиях глобального изменения климата.
Актуальность исследования. В связи с происходящим изменением климата, исследования вечной мерзлоты приобрели новую направленность - изучение последствий антропогенного потепления для природной среды, экономики и социальной сферы. Такие исследования необходимы для разработки экономических и политических стратегий адаптации к предстоящему потеплению [16].
Цель квалификационной работы. Оценка природных опасностей, связанных с деградацией многолетнемерзлых грунтов, и прогнозирование на ее основе, геокриологические риски для природных ландшафтов и инфраструктуры в области распространения вечной мерзлоты.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Объективно оценить теоретические прогнозы изменения климата для субарктической области, на основе сравнения имеющихся результатов;
2. Спрогнозировать влияние изменения растительности на термический режим вечной мерзлоты и на снегонакопление в процессе потепления;
3. Предсказать геокриологические опасности для природных ландшафтов и для инфраструктуры районов распространения вечной мерзлоты в условиях изменения климата.
1. В современных исследованиях изменчивости и предсказуемости глобальной климатической системы, Арктика занимает все более значимое место благодаря происходящим в этом регионе быстрым изменениям климата. За последние три десятилетия произошло сокращение площади морских льдов во все сезоны приблизительно на 30%, площадь снежного покрова за это же время уменьшилась на 10%. Увеличилась температура вечной мерзлоты на 1-3 °С на Аляске и на 1 - 1.5 °С в Сибири. С конца 1970х годов годовой сток сибирских рек увеличился приблизительно на 10%, в зимний период увеличение стока достигало 40% при том, что осадки изменились незначительно. Отмечены изменения границы тундры, которая смещается к северу в среднем на 100 км при увеличении среднегодовой температуры воздуха на 1 °С, и на ее место продвигаются леса [16].
2. Растительность каждого региона является индикатором его климата, поскольку распространение сообществ растений в значительной степени обусловлено климатом. Современные изменения климата наиболее сильно проявляются в высоких широтах. Увеличение толщины органического слоя (который формируется благодаря растительности), обладающего низкой теплопроводностью в теплый период года, с 10 см до 20 сможет снизить среднегодовую температуру вечной мерзлоты на 0.5 - 1.0 °С и уменьшить глубину сезонного протаивания в среднем по криолитозоне на 25 см, или приблизительно на 30%. Это сравнимо с прямым воздействием повышения температуры воздуха, ожидаемого в ближайшие два десятилетия, и может заметно уменьшить его эффект. При уменьшении толщины органического слоя с 10 см до 5 см расчетная глубина сезонного протаивания возрастает в среднем по всей криолитозоне на 13 см (около 15%). Если же мохово- лишайниковый слой полностью замещается сосудистыми растениями, расчетная глубина протаивания возрастает в среднем на 28 см (27%). В Центральной Сибири увеличение биомассы мохово- лишайникового слоя может полностью компенсировать воздействие потепления [16].
Первоначально растительность играет роль отрицательной обратной связи в системе климат - вечная мерзлота, частично компенсируя воздействие
потепления. Однако при дальнейшем развитии потепления ее роль резко меняется. Вызванные климатом изменения видового состава оказывают воздействие в направлении деградации вечной мерзлоты.
3. Инфраструктура в Арктике находится в вечной мерзлоте и строилась, как правило, без учета возможного потепления климата. По оценкам исследований к 2050 году из-за глобального потепления может быть повреждено 70% арктической инфраструктуры. Вечная мерзлота занимает около 24% поверхности суши северного полушария. Из-за глобального потепления она тает, в свою очередь влияя на климат и экосистемы. Кроме того, таяние вечной мерзлоты будет повреждать жилую и промышленную инфраструктуру, что создаст серьезную опасность для здоровья и жизни живущих на севере людей. Ученые неоднократно анализировали риски, которые могут возникнуть при таянии вечной мерзлоты, но до сих пор проводились только локальные исследования. Оказалось, что около 70% инфраструктуры находится в потенциальной зоне риска, в регионах, в которых, по прогнозам, вечная мерзлота к 2050 году растает. Особенно высок риск повреждения железных дорог (в частности, самой северной железной дороги в мире — Обской-Бованенково, которая находится на Ямале). Около 33% существующей инфраструктуры находится в районах, где много грунтового льда и риск таяния вечной мерзлоты особенно высок. По оценкам исследований, в них находится 36 тысяч домов и 100 аэропортов и около 45 процентов российских арктических месторождений нефти и природного газа [16].
В опасной зоне находится Печора на севере европейской части России, север и центральная часть Сибири, Якутия. Исследования показывают, что если выбросы парниковых газов в атмосферу уменьшатся, то после 2050 года риски повреждения инфраструктуры в Арктике могут стабилизироваться.
2. Растительность каждого региона является индикатором его климата, поскольку распространение сообществ растений в значительной степени обусловлено климатом. Современные изменения климата наиболее сильно проявляются в высоких широтах. Увеличение толщины органического слоя (который формируется благодаря растительности), обладающего низкой теплопроводностью в теплый период года, с 10 см до 20 сможет снизить среднегодовую температуру вечной мерзлоты на 0.5 - 1.0 °С и уменьшить глубину сезонного протаивания в среднем по криолитозоне на 25 см, или приблизительно на 30%. Это сравнимо с прямым воздействием повышения температуры воздуха, ожидаемого в ближайшие два десятилетия, и может заметно уменьшить его эффект. При уменьшении толщины органического слоя с 10 см до 5 см расчетная глубина сезонного протаивания возрастает в среднем по всей криолитозоне на 13 см (около 15%). Если же мохово- лишайниковый слой полностью замещается сосудистыми растениями, расчетная глубина протаивания возрастает в среднем на 28 см (27%). В Центральной Сибири увеличение биомассы мохово- лишайникового слоя может полностью компенсировать воздействие потепления [16].
Первоначально растительность играет роль отрицательной обратной связи в системе климат - вечная мерзлота, частично компенсируя воздействие
потепления. Однако при дальнейшем развитии потепления ее роль резко меняется. Вызванные климатом изменения видового состава оказывают воздействие в направлении деградации вечной мерзлоты.
3. Инфраструктура в Арктике находится в вечной мерзлоте и строилась, как правило, без учета возможного потепления климата. По оценкам исследований к 2050 году из-за глобального потепления может быть повреждено 70% арктической инфраструктуры. Вечная мерзлота занимает около 24% поверхности суши северного полушария. Из-за глобального потепления она тает, в свою очередь влияя на климат и экосистемы. Кроме того, таяние вечной мерзлоты будет повреждать жилую и промышленную инфраструктуру, что создаст серьезную опасность для здоровья и жизни живущих на севере людей. Ученые неоднократно анализировали риски, которые могут возникнуть при таянии вечной мерзлоты, но до сих пор проводились только локальные исследования. Оказалось, что около 70% инфраструктуры находится в потенциальной зоне риска, в регионах, в которых, по прогнозам, вечная мерзлота к 2050 году растает. Особенно высок риск повреждения железных дорог (в частности, самой северной железной дороги в мире — Обской-Бованенково, которая находится на Ямале). Около 33% существующей инфраструктуры находится в районах, где много грунтового льда и риск таяния вечной мерзлоты особенно высок. По оценкам исследований, в них находится 36 тысяч домов и 100 аэропортов и около 45 процентов российских арктических месторождений нефти и природного газа [16].
В опасной зоне находится Печора на севере европейской части России, север и центральная часть Сибири, Якутия. Исследования показывают, что если выбросы парниковых газов в атмосферу уменьшатся, то после 2050 года риски повреждения инфраструктуры в Арктике могут стабилизироваться.
