ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 2, с. 119-132
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 621.039:551.58:504.062
ДОЛГОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В РАЙОНЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ХРАНИЛИЩА ВЫСОКОРАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ (участок Енисейский, Красноярский край)
© 2015 г. Б. Т. Кочкин
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН), Старомонетный пер., 35, Москва, 119017 Россия. E-mail: btk@igem.ru
Поступила в редакцию 20.03. 2014 г.
Предложено решение по обоснованию долгосрочной климатической изменчивости в районе проектируемого геологического хранилища высокорадиоактивных отходов в окрестностях г. Железно-горска (Красноярский край). Рассмотрены результаты инструментальных наблюдений за климатом Северного полушария и тенденции в его изменчивости, приняты во внимание неопределенности в результатах современных прогностических моделей глобального климата, а также суммированы имеющиеся геологические данные о прошлых климатах района размещения хранилища. Решение заключается в подборе климатов-аналогов из геологического прошлого, которые отвечают главным тенденциям в развитии предстоящих климатов. Даны характеристики основных ландшафтно-кли-матических условий района размещения хранилища для разных периодов отдаленного будущего.
Ключевые слова: высокорадиоактивные отходы, геологическое хранилище, обоснование безопасности, долгосрочный прогноз климата.
ВВЕДЕНИЕ
Опасность высокорадиоактивных отходов (ВАО) снижается со временем благодаря естественному распаду, при этом долгоживущие радионуклиды будут сохранять радиотоксичность многие миллионы лет. Размещение ВАО и других видов отходов, содержащих долгоживущие радионуклиды, в геологических хранилищах решает задачу надежной защиты населения на исключительно продолжительный период времени. Обеспечение безопасности геологических хранилищ основано на том, что поступление радионуклидов в биосферу, которое рано или поздно начнется, не будет создавать для населения экспозиционных доз и радиологических рисков, выходящих за пределы значений, оговоренных в нормативных документах [2, 3]. Это достигается путем создания вокруг ВАО нескольких барьеров, главный из которых на долгосрочную перспективу - геологическая среда. Биосфера таким барьером не является. Она, как и население, защищаемый объект. В ней как среде обитания будут формироваться экспозиционные дозы и радиологические риски для населения [2].
В этой связи одна из задач при составлении отчета по обоснованию безопасности (ООБ1) геологического хранилища - создание модели радиационного воздействия на критическую группу населения для проектируемого объекта окончательной изоляции ВАО [3]. Опыт предварительных расчетов показал, что ожидаемое время выхода радиоактивных элементов из хранилища в биосферу и время наступления равновесия между поступающими и распадающимися радиоизотопами может составить сотни - тысячи лет в аварийных сценариях и десятки - сотни тысяч и более лет в случае нормальной эволюции системы изоляции [16].
Для создания модели радиационного воздействия необходимо составить прогноз эволюции биосферы на долгосрочную перспективу, а это в свою очередь предполагает рассмотрение мно-
1 В англоязычной литературе документ, аналогичный ООБ, именуется "Safety case", что можно перевести как "Досье безопасности". В нем излагаются результаты оценки безопасности системы изоляции, критический анализ аргументов в поддержку ее достоверности, доказательство надежности отдельных элементов системы и др. [2].
Основные компоненты биосферы (по [17])
Основные компоненты Определение и содержание
Климат и атмосфера Осредненные метеорологические параметры для региона
Водные объекты Поверхностные и близповерхностные водные массы и водоносные горизонты,
возможно ледниковые щиты
Человеческая активность Общины и сообщества, их обычаи и привычки, уровень технологий и способ
существования
Биота Земные и водные растения и животные формы жизни в системе биосферы.
Люди не включаются
Близповерхностная литосфера Почвы и осадки, включая их состав и структуру
Топография Конфигурация земной поверхности, включая рельеф и позицию природных и
искусственных объектов
Географические параметры Границы и/или объем биосферы
Размещение Положение биосферной системы на поверхности Земли
жества составляющих биосферу подсистем и внешних факторов, эту эволюцию определяющих (таблица).
За период в миллионы лет в биосферной системе произойдут различные события и процессы, скорость протекания, время проявления и длительность которых могут меняться в широких пределах. В настоящей статье рассматривается только один из переменных, но важнейший и постоянно действующий фактор биосферы -климат.
Этот фактор выбран после анализа так называемых "факторов, событий и процессов (ФСПов)", с чего начинается разработка вероятных сценариев и любой прогноз [16].
Анализ ФСПов, действительных для биосферы региона проектируемого объекта в Красноярском крае, показал, что особенности природных условий позволяют исключить из рассмотрения многие внешние факторы и события, которые могли бы произойти в биосфере региона за будущие миллионы лет [6]. В частности, геологические условия исключают проявление в регионе вулканизма. Умеренная сейсмичность и сравнительно невысокие скорости вертикальных движений земной коры в районе минимизируют вероятность значимых преобразований ландшафта и конфигурацию биосферы даже в отдаленной на сотни тысяч - миллионы лет перспективе. Расположение района в глубине материка на высотах более 200 м исключает затопление территории морем даже в случае сильного подъема уровня Мирового океана. В районе отсутствуют предпосылки для разработки полезных ископаемых (в том числе подземных вод), что практически исключает масштабные техногенные преобразования окружающей среды, если не считать само сооружение
хранилища - шахт и наружной инфраструктуры. Многие другие ФСПы, которые характеризуются быстрой скоростью изменения, а к ним относятся, прежде всего, биота и население, сколько-нибудь долгосрочному прогнозу не поддаются. Таким образом, рассмотрение ФСПов, важных для прогноза биосферы в районе размещения хранилища, концентрируется на будущих изменениях климата. К климатическим параметрам относятся температура, осадки, растительность и другие условия, определяющие важные компоненты биосферы, и в том числе образ жизни и хозяйственную деятельность населения, состав биоты и почв.
Возможность достоверного прогноза природных явлений, в том числе и климатических изменений, падает по мере продвижения в будущее. В этой связи обсуждается ряд проблем, касающихся долгосрочного прогнозирования климата: естественная периодичность климатических изменений, закрепленная в инструментальных наблюдениях и геологических данных; период, в течение которого результаты математических моделей изменения глобального климата остаются достоверными; возможные подходы к определению характеристик будущих климатов в регионе хранилища с учетом глобального потепления.
Цель настоящей статьи, раскрыв содержание упомянутых выше проблем, дать характеристики будущих климатов района, выбранного для геологического хранилища в Красноярском крае.
КЛИМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ЕЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Климатическая система отличается сложностью, а ее поведение определяется взаимодействием между атмосферой, океаном, криосферой,
0.5
и
о сл
-0.5 50
1 I 0
I <Г -50 1 -100
| -150
1 § 4
| 0 < -Л
■ Глобальная средняя приземная температура
Площадь снежного покрова в Северном полушарии
1850
1900 ^ 1950 Годы
14.5 о^ й
14.0 Р
13.5
2000
и аЬ
б
40 ¿Г 36 | 32
в
Рис. 1. Наблюдаемые изменения глобальной средней приземной температуры (а), глобального среднего уровня моря (б) и площади снежного покрова в Северном полушарии (в) в марте-апреле (по [5]). Все отличия даны относительно соответствующих средних значений за 1961-1990 гг. Сглаженные кривые представляют десятилетние средние значения, затененные участки - интервалы неопределенности.
биосферой и деятельным слоем суши. Процессы взаимодействия характеризуются нелинейностью и зависят от интенсивности обратных связей. Хотя эта динамическая система чувствительна к малым возмущениям и потому неустойчива, ее медленно меняющиеся компоненты можно прогнозировать на более значительных временных масштабах. Для описания такой системы используют сложные физико-математические модели, включающие основные процессы в указанных средах и взаимодействия между ними [11].
Современные модели общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) и глобальные климатические модели (ГКМ) позволяют воспроизводить основные особенности поведения климатической системы, включая эволюцию климата за XX в. Модельный эксперимент выполняется на срок обычно порядка 100-200 лет при изменении атмосферных составляющих по определенным климатическим сценариям. В расчетах используются мультимодельные ансамбли и семейства из десятков сценариев. Такой "прогноз" считается заслуживающим большего доверия, чем одиночный расчет. Результаты моделирования принято называть "сценарными проекциями". В отличие от прямых прогнозов, базирующихся на данных по уже осуществившимся событиям, "сценарные проекции" условны, так как неизвестно, какой из сценариев реализуется в будущем [11].
Успешное воспроизведение климатических трендов прошедшего столетия, обусловленных воздействием естественных и антропогенных факторов, позволяет надеяться, что также можно количественно оценить и предстоящие изменения климата уже с учетом будущих выбросов парниковых газов и соответствующих изменений их концентрации в атмосфере. В целом считается, что можно говорить о том, что математическое моделирование климата достоверно на ближайшее столетие [11].
СОВРЕМЕННОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ И ПРОГНОЗ ЕГО ПОСЛЕДСТВИЙ ДЛЯ СИБИРИ
Потепление климата в последние десятилетия -неоспоримое явление, которое поддерживается общим повышением глобальной температуры воздуха и океана, таянием ледников и повышением глобального среднего уровня моря (рис. 1).
Наблюдатель
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.