03:52
Дроны с геофизическими датчиками и компьютерные модели могут помочь выявлять участки вечной мерзлоты, где таяние угрожает дорогам, зданиям и трубопроводам на Аляске. Эти технологии разрабатывает группа исследователей под руководством профессора гражданского строительства Университета штата Пенсильвания Мина Сяо.
В арктическом посёлке Уэйнрайт дома и дороги стоят на грунте, содержащем большие залежи подземного льда. Когда лёд тает, почва теряет устойчивость и проседает, а береговые обрывы разрушаются. В результате могут деформироваться здания, проседать дороги и повреждаться трубопроводы. По оценке исследования 2025 года, ущерб зданиям и дорогам Аляски от таяния мерзлоты может составить от 37 до 51 млрд долларов.
Мерзлотой называют грунт, который остаётся при температуре не выше 0 градусов Цельсия не менее двух лет подряд. При оттаивании содержащийся в нём лёд перестаёт скреплять частицы почвы, а талая вода уходит. Поверхность оседает, и вес построек может ускорить этот процесс. При этом состояние грунта способно сильно различаться даже на небольшом расстоянии: на него влияют, в частности, скопление снега и сток воды.
На побережье таяние мерзлоты усиливает уязвимость берегов перед волнами и эрозией. В Уткиагвике частичное обрушение обрыва в 2023 и 2024 годах приблизило его край к дорогам и зданиям. Волны размывали основание, а оттаивание ослабляло грунт выше, из-за чего край обрыва оседал.
Чтобы понять, что происходит под землёй, учёные используют геофизические измерения. Бурение большого числа скважин для сбора образцов дорого, трудоёмко и нарушает поверхность. Один из методов команды Сяо — электромагнитная съёмка на очень низких частотах. Датчик улавливает реакцию грунта на сигналы от удалённых передатчиков; его можно подвесить к дрону и обследовать труднодоступные влажные участки тундры.
Метод особенно полезен у арктического побережья: незамёрзшая солёная вода проводит электричество лучше, чем богатый льдом грунт. Различия в проводимости помогают обнаружить зоны оттаивания. Такая съёмка не даёт точной картины подземных слоёв и не всегда позволяет уверенно определить глубину изменений, но показывает места, которые инженерам стоит изучить подробнее.
Одних измерений нынешнего состояния недостаточно: здания и дороги могут служить десятилетиями. Поэтому исследователи разрабатывают компьютерные «цифровые двойники» — модели, которые учитывают изменения среды и состояние инфраструктуры, чтобы прогнозировать возможные последствия таяния.
В исследовании 2026 года учёные оценили устойчивость вечной мерзлоты на Арктической прибрежной равнине Аляски, включая район Прадхо-Бей. При сценарии высоких выбросов парниковых газов доля инфраструктуры под угрозой останется ниже 10% примерно до середины века, но быстро вырастет в период с 2060-х по 2080-е годы. К 2090-м годам риск повреждения из-за проседания грунта будет угрожать примерно 80% зданий, 60% дорог и 90% трубопроводов.
Для проверки моделей команда собирает данные и на местах. У дорожной насыпи в Уткиагвике исследователи установили волоконно-оптические кабели, измеряющие температуру и сейсмические колебания. В работе 2026 года использовали данные с участка длиной около 100 метров. Их объединили в модели, которая сочетает физические расчёты теплопередачи и машинное обучение; по мере поступления новых измерений прогнозы обновляются.
По словам Сяо, задача исследовательской группы — сочетать съёмку с дронов и геофизические методы для картирования местности, датчики для наблюдения за изменениями и компьютерные модели для прогноза их влияния на инфраструктуру. Такие инструменты, отмечает учёный, должны помочь арктическим сообществам определить, где нужны наблюдение, укрепление, ремонт или адаптация.
Арктика нагревается в два-три раза быстрее, чем планета в среднем. Поэтому таяние мерзлоты здесь становится не только экологической проблемой, но и инженерной: чем точнее специалисты знают, что происходит под поверхностью и как ситуация может измениться, тем больше времени остаётся у жителей и властей для решений.
