В январе 2022 года редакция MDPI Energies опубликовала совместную работу ученых географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и исследователей НТЦ “Симмэйкерс”. Статья «Тепловое моделирование подземных хранилищ в мерзлоте как основа продовольственной безопасности и энергетической устойчивости изолированных коренных сообществ в Арктике» разместилась на одной из старейших платформ академических публикаций с открытым доступом.
Геологический состав грунта вокруг лéдника в Лорино
Предметом исследования стал подземный погреб, обустроенный в многолетней мерзлоте, или лéдник, в Лорино – один из двух сохранившихся с середины XX века погребов Чукотского полуострова, используемый в качестве хранилища продуктов питания автономной деревни-изолята с населением 900 жителей. Учитывая чрезвычайно высокие тарифы на электроэнергию в данном регионе и полную зависимость сообщества от внешних поставок, лéдники выполняют функцию естественных хранилищ продуктов питания и смягчают острую проблему продовольственной безопасности и энергетической стабильности. Вместе с тем потепление климата в Арктике сказывается на состоянии вечной мерзлоты и угрожает устойчивости лéдников.
Так, задачей научного проекта стало проведение теплотехнического прогноза с целью определить влияние ожидаемых к середине XXI века климатических изменений на устойчивость мёрзлых пород вокруг лéдника.
Распределение температуры грунта вокруг лéдника в (а) холодное время года (15 марта) и (б) теплое время года (15 сентября) по данным на 2019 год
Авторы исследования учли 3 различных сценария изменения климата, и результаты показали заметные изменения теплового режима мёрзлых грунтов. В качестве дополнительных мер по охлаждению мерзлых пород ученые предложили организовать принудительное вентилирование помещений лéдника в зимнее время; регулярно очищать снег с поверхности над камерами и коридорами хранилища; установить сезонно-охлаждающие устройства. Важно, что модель не учитывала влияние человеческого фактора и данный аспект в будущем может подлежать дополнительному изучению.
«Это мой первый опыт сотрудничества с разработчиками ПО, и он крайне положительный, – комментирует совместную работу автор и куратор исследования Алексей Маслаков, к.г.н., старший научный сотрудник географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. – С помощью Frost 3D была впервые представлена компьютерная модель мерзлоты вокруг лéдника с теплотехническим прогнозом трёхмерного распределения поля температур грунтов. Мы подходили к задаче как мерзлотоведы и геологи, а коллеги из «Симмэйкерс» – математики, физики, теплотехники – помогли нам как можно более грамотно осуществить численное моделирование для получения точных результатов исследования».
В основу проекта легла дипломная работа Ксении Сотниковой, студентки 3-го курса географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. По словам куратора проекта, возможность использовать программный комплекс Frost 3D во многом повысила уровень проработки темы.
«По итогу расчета во Frost 3D пользователь получает не одну цифру, а множество показателей, меняющихся во времени. Кроме того, программа визуализирует данные в трехмерном пространстве – что позволяет точнее прорабатывать поставленные задачи. Благодаря этому пользователь избегает допущений, которые вынужден делать, используя более примитивные программы, то есть избегает критических погрешностей, – подчеркивает Алексей Маслаков. – Преимущества очевидны, поэтому хочется верить, что в ближайшее время мы внедрим Frost 3D в вузе и разработаем соответствующую учебную программу».
«Мы живо разделяем интерес коллег из МГУ им. М. В. Ломоносова к сотрудничеству, – комментирует Дмитрий Евланов, генеральный директор НТЦ «Симмэйкерс». – И также убеждены, что тандем научного сообщества с центрами современных разработок будет полезен не только ученым и разработчикам, но и топливно-энергетическому комплексу и строительной отрасли России в их прикладной области».
Фото коридора в леднике: на полу видны глыбы речного льда для дополнительного охлаждения летом, а также тушки нерп и моржей, которые хранятся там летом.
