Кіріспе
Мұздың дрейфтелуі мен теңіз түбінің өзара әрекеттесуінің нәтижесі
Теңіз түбін мұзбен қазу – жүзуші мұз денелері (әдетте мұз таулары және теңіз мұзының тізімдері) судың көтеріңкілігімен беткейіне қарай итеріліп, түбіне тигенде пайда болатын процесс. Олар қозғалысын жалғастырғанда, көбінесе "қабырға" немесе "сызықтар" деп аталатын ұзын, тар ойыстарды қалдырады. Бұл құбылыс мұздың кездесетін теңіз жағдайларында кең таралған. Өзендер мен көлдерде де кездеседі, бірақ мұхиттар мен теңіз кеңістіктерінде жақсы зерттелген. Осы механизм арқылы пайда болған теңіз түбінің ойыстарын штрудельдік ойыстармен шатастыруға болмайды. Штрудельдік ойыстар – мұздың бетіне құйылатын және жарықтар, тыныс тесіктері арқылы ағып кететін көктемгі су ағындарының нәтижесінде пайдалады. Бұл қозғалыс теңіз түбінде ойыс жасауға жеткілікті күшті болады. Теңіз түбін мұзбен қазуды су ағындарының әсерінен құрылыстың айналасындағы шөгінділердің эрозиясынан туындайтын басқа бір ойыс жасау механизмінен де ажырату керек – бұл мұхит инженериясы және өзен гидравликасындағы белгілі мәселе (мысалы, көпірлер маңындағы ойыстар).
Тарихи көзқарас және маңыздылығы
1855 жылы Чарльз Дарвин мұз тауларының изобаттар арқылы қозғалғанда теңіз түбін ойып, зақымдауы мүмкін деген болжам жасаған. 1920 жылдары теңіз мұздарының әсері туралы талқылаулар болды, бірақ жалпы алғанда, 1970 жылдарға дейін ғылыми қауымдастық бұл құбылысты жеткілікті зерттемеді. Осы кезде Канаданың Бофорт теңізінде кемедегі жақтан сканерлік сонар зерттеулері осы механизмнің нақты дәлелдерін жинауға көмектесті. Кейіннен теңіз түбіндегі ойықтар одан әрі солтүстікке қарай, Канаданың Арктикалық архипелагында және Ресейдің Арктикасында да анықталды. Осы ортада мұнай төгілуі оны анықтау және тазалау тұрғысынан қиындықтар тудырар еді. Теңіз құрылысын ғана емес, басқа да салалардағы ғалымдар да теңіз түбін ойып зақымдауды зерттеді. Мысалы, биологтар мұздың әсерінен өзгерген теңіз түбінің аймақтарын қара көлдердің пайда болуымен байланыстырды – бұл аймақтар құрамында жоғары тұздылығы бар және оттегі аз сумен толған, шағын теңіз жануарлары үшін қауіпті тұзақтар болып табылады. Дегенмен, мұнайды іздеу мақсатында теңіз құрылысы саласынан қарағанда осы құбылыс жайлы көп мәліметтер жиналған сияқты.
Теңіз түбін зерттеу
Мұздың теңіз түбін ойып-жонуы өте жасырын құбылыс: оның аз ғана белгісі су бетінен байқауға болады – кейбір деректер теңіз түбінің шөгінділері мұзға енгенін көрсетеді. Ойып-жону жиілігі – белгілі бір уақыт аралығында берілген жерде пайда болған ойықтардың саны – тағы бір маңызды параметр. Мұндай ақпарат кемедегі құралдармен теңіз түбін карталау арқылы жиналады, әдетте, батылметр: эхо-дабыл құрылғылары, мысалы, жақтан сканерлеу және көп сәулелі сонар жүйелері. Қайталама карталау осы зерттеулерді бірнеше рет, аралығы бірнеше жылдан бірнеше жылға дейін, қайталауды қамтиды, бұл ойып-жону жиілігін бағалау тәсілі болып табылады.
Гуаждың ерекшеліктері
Мұздың айналысынан пайда болған теңіз түбіндегі ойыстардың ұзындығы бірнеше километрге жете алады. Солтүстік Канада мен Аляскада ойыстардың тереңдігі көбінесе 1 метрден аспайды, бірақ кейде одан да терең болуы мүмкін. 2 метрден терең ойыстарды офшорлық инженерлік қауымдастық қалыпты жағдайдан тыс оқиға деп атайды. Ойыстардың ені бірнеше метрден бірнеше жүз метрге дейін өзгеруі мүмкін. Ойыстардың тіркелген ең терең сулы аймақтары Арктикалық мұхитындағы Свальбардтан солтүстік-батысқа қарай орналасқан. Бұл ойыстардың плейстоцен кезеңінде, мыңдаған жылдар бұрын, теңіз деңгейі бүгінгідей жоғары болмаған кезде мұз таулары қалдырған іздер екені саналады. Бофорт теңізінде, Солтүстік Канадада 50 км (30 миль) ұзындығындағы ойыс бар екені анықталды, оның максималды тереңдігі және су тереңдігі аралығында. Ойыс әрқашан түзу болмайды, бағыты өзгеріп тұрады. Бұл оқиғаның шамамен 2000 жыл бұрын болғаны болжануда. Жақында Антарктиканың ірі мұз тауларының теңіз түбіне тірелуі, ойылып қалдыруы және бөлінуі кезінде пайда болатын күшті гидроакустикалық және сейсмикалық сигналдар осы процестің динамикасын одан әрі зерттеуге көмектеседі.
Мұздың ерекшеліктері
Теңіз жағасында ойылымдар екі түрлі мұздан тұрады: мұздық мұз және теңіз мұзы.
Мұздық мұз
Физикалық және механикалық тұрғыдан, мұздық мұз көл мұзына, өзен мұзына және қына мұзына ұқсас. Себебі олардың барлығы тұщы судан (тұзсыз судан) пайда болады. Мұздықтар, мұз жамылғылары және мұздықтар негізінен мұздық мұздан тұрады. Мұздық мұз (гравитация күшінің әсерінен) бүйірге және төмен қарай тарағандықтан, кейбір аймақтарда бұл мұз жағалауға жетеді. Бұл жағдайда, жер бедеріне байланысты, мұз бөліктерге бөлініп, теңізге түсіп, мұздың қалыңдауы деп аталатын процеске ұшырауы мүмкін, содан кейін су бетінде қалықтап кетеді. Балама ретінде, мұз жамылғылары мұздықтар деп аталатын кең аумақты жүзетін мұз платформаларына таралуы мүмкін, олар да соңында қалыңдауына себеп болуы мүмкін. Осы қалыңдау процестерінен пайда болатын нысандар мұз таулары деп аталады және олардың мөлшері метрден километрге дейін жете алады. Мұз аралдары деп аталатын аса ірілері көбінесе тіктөртбұрышты пішінге ие. Олар қатты зақымдану оқиғаларына себеп болуы мүмкін.
Теңіз мұзы
Теңіз мұзы – теңіз суының қатуының нәтижесі. Ол мұздық мұздан гөрі кеуекті және механикалық тұрғыдан әлсіз. Теңіз мұзының динамикасы өте күрделі. Жел мен ағыстардың әсерінен теңіз мұзы соңында қысымды тізбектерге, мұз сынықтарының үйінділеріне немесе қираған мұз жарықтарына айналып, ұзын, сызықтық нысандарды құрайды. Бұл теңіз түбіндегі сызаттардың жиі кездесетін көзі. Қысымды тізбектер көбінесе қозғалмалы мұздың кең аумақтарының ішінде орналасқан, сондықтан теңіз мұзы тізбектерінің түбін ойып қазуы қозғалмалы мұздың қозғалысымен тығыз байланысты. Стамухилер де бұзылған теңіз мұзының үйінділері, бірақ олар тік тұрып, сондықтан салыстырмалы түрде қозғалмайды. Олар бекітілген мұз бен қозғалмалы мұздың өзара әрекеттесуінен пайда болады. Стамухилер теңіз түбін айтарлықтай тереңдікке дейін тесіп, жағалауға жақын жерде су асты құбырларына қауіп тудыруы мүмкін.
Киль реакциясы
Мұздық мұз бен қысым қырқаларының сипаттарындағы айырмашылықтарға байланысты, осы екі түрден туындайтын ойыс іздері де әртүрлі болады. Екі жағдайда да мұз бен топырақ арасындағы интерфейс белгілі бір тепе-теңдік бұрышын сақтайды деп күтіледі, бұл бұрыш шабуыл бұрышы деп аталады және осы бұрышта ойыс процесі тұрақты күйге жетеді. Мұз таулары осы бұрышқа айналу арқылы бейімделе алады. Теңіз мұзының қырқалары мұздықтың түбімен жанасқан аралықтағы қиыршықтарды қайта құру арқылы немесе мұздықтың түбі бұзылу арқылы бейімделе алады.
Теңіз түбінің реакциясы
Теңіз түбінің ойыс процесіне реакциясы мұз бен теңіз түбінің қасиеттеріне байланысты. Егер мұздың күші теңіз түбінен артық болса және мұзды қозғаушы күш жеткілікті болса, теңіз түбінде ойыс пайда болады. Топырақтың реакциясына қарай теңіз түбінде үш аймақ ажыратылады. 1-аймақ – ойыстың тереңдігі, онда топырақ мұздың әсерінен ығысып, жаққа және мұз бен теңіз түбінің арасындағы алдыңғы дөңгелекке қайта жиналады. 2-аймақта топырақ белгілі бір ығысуға ұшырайды. 3-аймақта ығысу болмайды немесе өте аз болады, бірақ жоғарыдағы аймақтан серпімді кернеулер беріледі.
Арктикалық мұхит маңындағы мұнай және газ
Арктикалық шеңбердің солтүстігінде орналасқан аймақта АҚШ Геологиялық қызметінің мәліметінше, ашылмаған мұнайдың 13%-ға дейін және газдың 30%-ға дейін қоры болуы мүмкін. Бұл қор, аталған аумақтың үштен бір бөлігін құрайтын континенттік шельфтерде, белгілі бір тереңдікте жатыр. Сондай-ақ, 2007 жылға дейін 400-ден астам мұнай және газ кен орындары анықталды, олардың көп бөлігі Солтүстік Ресейде және Алясканың Солтүстік беткейінде орналасқан.
Теңіздегі инженерлік жобалар
Бұл қол жеткізуге кедерес келтіреді. Теңіздегі өндіріс схемасы жыл бойы және жобаның толық өмірлік циклі бойында қауіпсіз және экономикалық тиімді жұмыс істеуге бағытталған. Теңіздегі өндіріс дамуы көбінесе теңіз бетіндегі қауіптерден (жел, толқындар, мұз) алыс, теңіз түбінде орналасқан құрылыстардан тұрады. Сайы суларда өндіріс платформасы тікелей теңіз түбінде орналасуы мүмкін. Қай жағдайда болсын, егер осы құрылыстарға осы ресурсты жағалауға жеткізу үшін су асты құбыры кірсе, оның ұзындығының маңызды бөлігі зақымдану оқиғаларына ұшырауы мүмкін.
Су асты құбырларын шұғылдандырудан қорғау
Соңғы шолуларға сәйкес, құбырларды топыраққа көму арқылы ойыс қызметінен тиісті қорғауға қол жеткізуге болады. Құбырды 3-аймаққа орналастыру ең қауіпсіз нұсқа болар еді, бірақ бұл нұсқаның құны тым жоғары деп есептеледі. Оның орнына, қазіргі жобалау философиясы құбырды 2-аймаққа орналастыруды қарастырады, ол әлі де ойыс тереңдігінен төмен, бірақ оның үстіндегі ойыс оқиғасының нәтижесінде топырақ қозғалуы күтілуде. Бұл құбырдың белгілі бір деңгейде иілуіне және оның салдарынан құбыр қабырғасының деформациялануына немесе керілуіне әкеледі. Қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған Солтүстік Жұлдыз өндіріс алабында «мұзды кіл жүктемелеріне төтеп беру үшін құбырдың ең төменгі жабын тереңдігі (өзгермеген теңіз түбінен құбырдың үстіне дейін) құбырдың иілуі үшін шекті жобалау процедураларына негізделген». Осы нақты алап үшін «мұзды ойыстың максималды тереңдігінен (3,5 фут) төменгі теңіз түбіндегі топырақ жылжулары құбырдың иілу кернеуіне дейін 1,4% дейін 7 футтік ең төменгі жабын тереңдігін қамтамасыз етті». Бірақ климаттың өзгеруі қосымша белгісіздік көзі болып табылады, өйткені климаттың өзгеруі болашақтағы ойыс жағдайларына қалай әсер ететіні белгісіз. Ойыс асты деформациясы: Мұз арқылы теңіз түбінің ойылуы – бірқатар параметрлерге (кілдің өлшемдері мен қасиеттері, топырақтың реакциясы және т.б.) байланысты күрделі құбылыс. Егер максималды ойыс тереңдігін анықтау мүмкін болса да, оның астындағы топырақтың қаншалықты жылғанын бағалау қиын, бұл құбырдың қауіпсіз көмілу тереңдігін анықтау кезінде ескерілетін параметр. Құбырдың керілуі: Тағы бір белгісіздік көзі – құбырдың ойыстан төменгі тереңдікте қаншалықты керілуге ұшырауы мүмкін.
Қоршаған орта мәселелері
Арктикалық суларда мұнай және газды игеру экологиялық мәселелерді тиісті дайындық жоспарлары арқылы шешуі керек. Арктиканың бір бөлігі жылдың көп бөлігінде мұзбен жабылады. Қыс айларында қараңғылық үстемдік етеді. Мұнай төгілсе, ол бірнеше ай бойы анықталмауы мүмкін. Егер төгілген орын анықталса, мұз жамылғысы тазалау жұмыстарын қиындатады. Бұған қоса, бұл өңірлер шалқары болғандықтан, логистикалық қиындықтар туындауы мүмкін. Арктика экожүйелері аса нәзік, мұнай төгілуінің салдарынан зардапты азайту үшін жедел әрекет ету қажет.