Современный этап развития общественного производства должен характеризоваться не только научно-техническим, но и техноэкологическим прогрессом, под которым следует понимать в широком смысле разумную адаптацию, или ноадаптацию (от греч. «но» — разум), современной промышленной технологии к естественным процессам в природной обстановке.
В районах криолитозоны такая адаптация имеет свои особенности, вытекающие из анализа техногенных воздействий и их последствий, и в вопросе предотвращения неблагоприятных последствий инженерной геокриологии среди прикладных научных дисциплин отводится первостепенная роль.
Главное внимание при адаптации к природной обстановке в районах криолитозоны должно быть обращено на сохранение в допустимых пределах естественных условий теплообмена почвенно-грунтового комплекса с атмосферой. В этом и состоит ключ к разработке системы природоохранных мероприятий в районах криолитозоны. Нарушению подвергаются в конечном счете термическое состояние почвенно-грунтового комплекса и естественный ход изменения этого состояния в годовом и многолетних циклах колебания условий на земной поверхности. Именно от термического состояния почвы и подпочвы зависят все их механические характеристики, определяющие способность к различного рода механическим перемещениям, воспринимаемым нами в виде криогенных физико-геологических процессов и явлений.
Поэтому в строительной практике важно стабилизировать или вновь установить термическое состояние грунтов, которое бы соответствовало их механической прочности. Им, как правило, выступает естественное мерзлое состояние с отрицательной температурой не выше определенного значения. Например, проходка шахтных стволов, штреков и тоннелей при температурах ниже минус 3° С не требует временных крепей и позволяет ставить сразу же капитальные, а в некоторых случаях — при устойчивых сводах — вообще крепей может не потребоваться. При указанных отрицательных температурах горных пород можно также делать и подземные выработки с целью их приспособления под естественные холодильники.
Строители в своей повседневной жизни обязаны следовать определенным экологическим правилам. Необходимы широкая разъяснительная работа и инструктаж для персонала строителей и всех тех, кто трудится на Севере, с раскрытием физико-геологической сути экологических нарушений в районах криолитозоны.
Из перечисленных ранее факторов техногенного воздействия можно выделить пять наиболее существенных, способствующих накоплению внутренней тепловой энергии грунтом и его оттаиванию, что создает условия для термокарста, термоэрозии, солифлюкции — очень быстро развивающихся геокриологических явлений.
Эти факторы следующие: полное или частичное удаление растительного, дерново-растительного, почвенного (торфяного слоя) покровов; увеличение мощности снежного покрова в виде заносов, навалов; повышение уровня грунтовых вод, изливание вод на поверхность почвенно-грунтового комплекса; воздействие теплом от инженерного сооружения; загрязнение поверхности почвы и напочвенных покровов (снежного и растительного), в том числе строительным мусором, деталями, конструкциями.
Дерново-растительный и торфяной покровы в летний сезон ослабляют поступление тепла солнечной радиации в грунт, поэтому перемешивание этих покровов с минеральным грунтом или их удаление вызывает повышенный теплоприток в грунт в этот сезон года. С другой стороны, снежный покров служит теплоизолятором почвенногрунтового комплекса в зимний сезон, препятствуя его охлаждению, следовательно, увеличение толщины снежного покрова, которое часто самопроизвольно происходит при снегозадержании возле сооружений, снижает отток тепла из почвенно-грунтового комплекса в зимний сезон. Подтопление с наличием открытого зеркала воды, которое часто возникает при перегораживании стоков грунтовых и поверхностных вод, приводит к усиленному поступлению тепла в почвенно-грунтовый комплекс в теплый сезон года. Загрязнения и отходы строительного производства также способствуют большему поглощению тепла солнечной радиации земной поверхностью. Дополнительно вносят тепло в грунт отапливаемые помещения без проветриваемого подполья, а также трубопроводы и коммуникации при соответствующих температурных режимах их эксплуатации.
Отсюда становится очевидным, как следует поступать на мерзлых просадочных грунтах при застройке и функционировании инженерных объектов с точки зрения адаптации к природной обстановке, повышения качества строительства и надежности сооружений: не повреждать дерново-растительный покров, не удалять торфяной наружный слой; исключать снежные заносы, не создавать снежных навалов; источники тепла располагать надземно либо надежно обеспечить отвод тепла из-под сооружения; не перегораживать стоков грунтовых и поверхностных вод, не допускать сливов большого количества воды; исключать загрязнения земной поверхности, в том числе строительными материалами и конструкциями.
Именно таким требованиям отвечает комплекс природоохранных мероприятий, закладываемых в проектные решения инженерных сооружений, возводимых на льдистых (просадочных при оттаивании) грунтах.
Здесь уместно вспомнить о предлагаемых некогда проектах подвода теплых течений Гольфстрима к побережью Северного Ледовитого океана с тем, чтобы постепенно растеплить криолитозону. Понятна нелепость этих проектов: людьми будет потеряна значительная часть суши, а многие сохранившиеся ее участки станут заболоченными. Последствия подобных преобразований природы обернулись бы крупным ущербом. Однако надо помнить, что при равных прочих условиях мерзлые горные породы и соответственно инженерные сооружения, возведенные на них, будут устойчивыми при любом повышении температуры, если сами породы представляют собой скальные монолиты или песчано-галечные образования. Вытаивание льда в них не опасно, так как эти породы в талом состоянии сохраняют несущую способность. Другое дело — осадочные породы, льдистость которых такова, что при оттаивании влажность их станет выше предела текучести. Такие мерзлые породы считаются просадочными.
Склоны на просадочных грунтах особенно неустойчивы при уклонах от 6—7° и выше. Как только сезонно-талый слой становится больше на таких склонах, происходит быстрое, почти мгновенное сползание, или сплыв, верхнего слоя почвенно-грунтового комплекса. Сочетание большой льдистости подпочвы и уклона более 5° почти всегда приводит к потере устойчивости почвенно-грунтового комплекса.
Мы здесь не затронули вопроса борьбы с криогенным пучением грунтов. Оно интенсивно проявляет себя в более южных широтах районов криолитозоны, и для борьбы с ним необходимы специальные мероприятия, хотя во многом они вытекают из того же требования адаптации к природной обстановке — предельно не нарушать естественный теплообмен почвенно-грунтового комплекса с атмосферой (и космосом).
Наиболее сложно при строительстве не допускать нарушений дерново-растительного покрова и естественного хода снегонакопления. В теплый (бесснежный) сезон года всякие проезды гусеничного транспорта по растительному покрову лесотундры и тундры приводят к его необратимому нарушению и вторичным последствиям, так же как и в зимний сезон к этому же приводит расчистка от снега. Сложно в условиях ветреных зим исключить и снежные заносы вблизи инженерных сооружений. Поэтому требуются специальные мероприятия по компенсации вызываемых нарушений. Ими, например, могут быть отсыпки насыпей на дорогах и строительных площадках с оборудованием водопропусков, применение теплоизолирующих покрытий, дополнительных охлаждающих или нагревающих грунт устройств и т. п.
Приведем пример особого случая сложных геокриологических условий строительства. Пусть требуется возвести инженерное сооружение в районе тундры или лесотундры на участках с повторно-жильными льдами, внешне выраженными полигонами. Образование полигонов связано с многолетним процессом растрескивания пород и заполнения трещин водой, превращающейся в лед. Такие полигоны, четырех — или шестигранной формы, имеют размеры от 29—30 до 50—60 м. По их периметру под сезонно-талым слоем и залегают клиновидные жилы льда глубиной от 3—5 до 20—25 м. В естественных условиях эти жилы льда обычно покрыты валиками, понижения между которыми летом заполняются водой. При техногенных же воздействиях картина изменяется: валики оседают и на их месте образуются канавы с водой. Как же в таких условиях располагать фундаменты сооружений по отношению к названным полигонам? Видимо, самый оптимальный вариант состоит в том, чтобы сооружение возводить на сваях и периметр его вписывать в полигон. При этом сваи должны быть поставлены подальше от валиков, на расстоянии не менее 3 м.
В настоящее время в связи с освоением Ямбургского газоконденсатного месторождения на севере Западной Сибири и газовых месторождений полуострова Ямал особо стоит вопрос о полевых городках. Их архитектурно-планировочные решения следует выполнять с максимальной адаптацией к природной обстановке. Городки должны сооружаться на песчаных подсыпках, здания и сооружения иметь проветриваемое подполье. Во избежание их подтопления в летний сезон не рекомендуется производить земляные работы, приводящие к обнажению мерзлой подпочвы.
Для северных районов требуется особая специфика ухода за ландшафтом, которая определяется следующими факторами: относительно легкая нарушаемость естественных природных комплексов и взаимосвязей ландшафтных компонентов, возникающая от локальных изменений в условиях теплообмена почв и грунтов с атмосферой при современных техногенных воздействиях; биомасса растительного покрова находится на пределе своих возможностей развития, ограниченного суровостью климата, в условиях практического отсутствия антропогенного влияния, поэтому воздействие на флору при хозяйственном освоении очень значительно; ежегодный прирост биомассы растительного покрова намного ниже, чем в умеренных климатических условиях, вследствие чего темпы восстановления нарушенного растительного покрова очень низки; пониженная способность переработки микроорганизмами техногенных (антропогенных) отходов; суровость климатических условий, при которых требуется активно обеспечивать жизнедеятельность населения при сохранении и улучшении свойств ландшафта, рациональной эксплуатации естественных ресурсов.
В связи с этим можно сформулировать следующие основные принципы ухода за ландшафтом в северных районах: максимально сохранять лесную растительность, особенно вблизи от зданий, сооружений, дорог, водоемов; избегать всяких действий, способных вызвать развитие неблагоприятных геокриологических явлений; максимально локализовывать площади под промышленные отходы; предусматривать рекультивацию эксплуатируемых или повреждаемых ресурсов ландшафта; максимально осваивать выведенные из природного равновесия техногенным воздействием участки территорий, с тем чтобы уменьшить общее техногенное воздействие на ландшафт.