Для строительства населенных пунктов в условиях многолетней мерзлоты, предлагается использовать технологию «сот-амфибий», нивелирующую риски, связанные с глобальными изменениями климата.
Ключевые слова : Арктика, населенные пункты, многолетняя мерзлота, почвы, глобальное изменение климата, инновации.
For the construction of settlements in permafrost conditions, it is proposed to use «amphibians honeycomb» technology, which neutralizes the risks associated with global climate change.
Keywords : Arctic, settlements, permafrost, soils, global warming, innovation.
Арктика уже тысячи лет является местом, где проживают коренные малочисленные народы: саамы, ненцы, чукчи, группа народов — эскимосы, и другие, которые приспособились к жизни в этих широтах в условиях многолетней мерзлоты, полярной ночи, холода. В культуре местных народов нет крупных населенных пунктов (НП) с капитальными строениями, так как их устоявшийся образ жизни обычно кочевой и связан с гармоничным использованием природных ресурсов — оленеводство, охота, рыболовство и так далее. Традиционные жилища (вежа, кувакса, чумы, яранги, иглу), чаще всего, легкие и приспособлены для быстрой разборки, транспортировки и сборки. Для их сооружения нет большой необходимости учитывать многолетнюю динамику состояния грунта. Современный мир для решения промышленных задач в условиях Арктики предъявляет соответствующие требования к НП.
Цель исследования: предложить инженерную и научную дискуссионную идею инновационного строительства НП в условиях Арктики. Использованы теоретические методы: исторический и логический.
Из-за экстремальных природных условий заселение северных регионов не было масштабным. Тем не менее, в арктической зоне функционирует немало городов, а значит, рассматриваемый вопрос охватывает значительные территории и слои населения Земли. Страны, входящие в Арктический совет
(Канада, Дания (включая Гренландию и Фарерские острова), Финляндия, Исландия, Норвегия, Россия, Швеция и Соединённые Штаты), обустраивают Арктику по-своему.
Основная часть населения в Арктике живёт в моногородах, существующие за счёт градообразующих предприятий, где работает большинство горожан. Следующий тип поселения — поселковый, где распространены как двух- и трёхэтажные здания с коммунальной инфраструктурой, так и деревянные дома с печкой и баней. Работающие в Арктике по контракту, на гидрометеостанциях или разработках месторождений полезных ископаемых, чаще живут в вахтовых посёлках, напоминающих общежития [1]. Большинство из постоянных посёлков и городов в Арктике застраивались специально для добычи полезных ископаемых и состояли из деревянных зданий без канализации, центрального отопления и водопровода.
Идеи совершенствования места обитания человека в условиях Арктики нашли свое отражения в соответствующих инновационных проектах [2]. Норвежские проекты «Хранилища Судного дня» и проект Earth Observatory («Обсерватория Земли»). Российские проекты для Арктики архитекторов К. Агафонова, С. Одновалова и М. Цимбал, А. Шипкова, проект международная арктическая станция «Снежинка», город «Умка» В. Ржевского на основе МКС. Американский инженер Ричард Фуллер в 1951 году разработал и запатентовал геодезический купол. Его идея стала популярной, в том числе, в застройке Севера. В 1958 году в Канаде создали проект арктического города Фробишер-Бей. Многие идеи из этих проектов, после изучения социальных, физиологических и психологических аспектов жизни человека в условиях Крайнего Севера, в изоляции от остального мира, могут быть использованы при создании НП Арктики в будущем.
При проектировании НП необходимо учитывать риски, связанные с возможными климатическими изменениями, которые будут влиять на устойчивость, безопасность НП Арктики и при этом необходимо, как минимум, сохранить уровень комфорта для проживания человека, а по возможности и повысить его. Очень важно оказывать минимально возможное негативное воздействие на окружающую среду.
Долго- и среднесрочные глобальные климатические изменения, несомненно, приведут к огромным положительным и отрицательным сдвигам в мировой экономике. На твердых скалистых, базальтовых и т. д. грунтах, которые встречаются, например, на п-ове Кольском, в Скандинавии и др. регионах логично использование буронабивных свай и другие существующие инженерные решения. Одна из основных проблем остальных регионов Арктики — обладающие высокой пластичностью, в зависимости от температуры, грунты. Для нивелирования негативных последствий климатических изменений необходимо найти инженерное решение для устойчивости НП. Одним из самых сложных вопросов для архитекторов и инженеров является взаимодействие болотно-тундровых, глеевых почв, полигональных торфяников и дерновых кислых грунтов с искусственными сооружениями, строительство фундамента.
В почвах, расположенных в зоне постоянной мерзлоты, протекает комплекс процессов, связанных с влиянием низких температур. Над мёрзлым водоупорным слоем, может происходить накопление гумуса и надмерзлотное оглеение даже при небольшом годовом количестве осадков. Глеевый слой образует слои льда в почве, которые приводит к разрыву капилляров, вследствие чего прекращается подтягивание влаги из надмерзлотных горизонтов к верхнему слою гумуса. С криогенными деформациями связывают характерный для тундр бугристо-западинный рельеф (чередование бугров пучения и термокарстовых западин), а также образование пятнистых тундр [5].
Отрицательные температуры резко замедляют подвижность почвы, положительные могут сделать их непредсказуемо подвижными — плывунами.
Грунт тает, под землей образуются реки, вода разрушает постройки.
Итак, одна из основных проблем при строительстве в зоне многолетней мерзлоты — это текучий грунт. Ассоциативно устойчивость на жидкости связывается с судном. Однако текучесть (плотность) грунта в условиях Арктики в зависимости от климатических условий может быть от близкой к свободной воде до твердых мерзлых грунтов. Многие открытия уже сделаны до нас, нам лишь остается взять на вооружение технические решения предыдущих исследователей. В данном случае, на наш взгляд, полезно обратиться к опыту использования плавучих крупнотоннажных драг, какие использовались и используются при добыче полезных ископаемых (золото, алмазы и др.). Например, в СССР использовалась крупнейшая в мире драга № 601, имеющая водоизмещение 11000 тонн, длину — 236 м, ширину — 50 м.
Плавающие на жидких грунтах секции с бортами, могут быть составлены в блоки (рис.). На каждой секции (материалы и размеры расчетные) могут располагаться различные сооружения. Группа секций может составлять блок, несущий производственную, жилую или иную инфраструктура, вплоть до НП.
Автономность отсеков за счет их модульности сборки и легкости разборки позволит снизить риски в случае оттаивания многолетней мерзлоты в результате глобальных изменений климата, сейсмической активности и т. д. деформации и разрушения построек.
Рис. 1. Примерная схема населенного пункта по технологии «сот-амфибий» на многолетней мерзлоте (А), состоящего из секций с бортами (В), которые могут иметь разный угол наклона (С). 1 — производственная зона (например, причал для судов, портовые краны, склады, приемка и переработка сырья, инженерные системы жизнеобеспечения поселка (электро-, водоснабжение, канализация, переработка отходов и т. д.), 2 — жилая зона, 3 — социальные объекты (детский сад, школа, больница, администрация, правоохранители, службы безопасности и т. д.), 4 — культурно-досуговые объекты (парк, спортивные сооружения, магазины, кафе и т. д.)
Необходимая площадь НП, численность населения, снабжение всеми видами ресурсов, отведение воды, тепла, газов и др., вторичное использование отходов и другие вопросы определяются экспертами в зависимости от функционала НП [1]. Часть специальностей, например связанных с финансами, юриспруденцией, информационным обеспечением и др., могут использоваться удаленно по аутсорсингу или центральным офисом. Часть жителей закрывающихся низкотехнологичных НП Арктики хотели бы остаться проживать в этой местности и могут составить часть населения новых НП.
С развитием Северного морского пути, отпадет необходимость в затратных земляных работах при возведении НП «сот-амфибий», протяженных автомобильных и железных дорог, связывающих НП с южными районами стран, во многом решатся проблемы с дороговизной их содержания или даже потери в результате резких климатических изменений.
Строительство современных НП сведет к минимуму негативное влияние цивилизации на Арктику с ее уязвимой экосистемой от почв, флоры и фауны до традиционного образа жизни коренных жителей этих широт.
Литература:
- Замятина Н. Ю., Клюева В. П., Гончаров Р. В. и др. Жизнестойкость арктических городов: теория, комплексный анализ и примеры трансформации / — Без места: Общество с ограниченной ответственностью «Издательские решения», — 2023. — 206 с. — ISBN 978–5–0059–9430–1.
- Graham J., Alfaro M, Hamid, Kurz D. Warming climate damages northern roads // The journal of student science and technology. — 2015. — Vol 8. № 1 — P. 55–63
- Калеменева Е.Какими могли быть арктические города / https://arzamas.academy/materials/1821 / Date of access to the source 12.12.2023
- Все о почвах тундры / https://stroy-podskazka.ru/pochva/tundry / Дата обращения к ресурсу 12.12.2023
- Tundra Topography and Soil / http://www.adfg.alaska.gov/static-sf/statewide/aquatic_ed/AWC %20ACTIVITIES/TUNDRA %20& %20WILDLIFE/BACKGROUND %20INFORMATION/Tundra %20II_Topography %20and %20Soil %20Facts.pdf / Date of access to the source 31.08.2021
- Драга номер 601 — Водный транспорт / https://fleetphoto.ru/vessel/104120/?lang=ru / Дата обращения к ресурсу 12.12.2023
