В Центральной Якутии широко распространен ледовый комплекс, приуроченный к межаласному типу местности, формирование которого произошло в плейстоцене. В условиях глобального потепления климата актуально изучение реакции и устойчивости мерзлотных ландшафтов к климатическим изменениям в будущем. При нарушении условий теплообмена происходят разрушительные криогенные процессы, такие как термокарст и термоэрозия, в особенности при техногенных воздействиях. На территории исследования распространены аласы, образовавшиеся в основном в голоценовом оптимуме при протаивании ледового комплекса. Для составления прогнозных моделей и карты распространения температур грунтов при прогнозируемом потеплении климата проанализированы климатические данные семи метеостанций и теплофизические характеристики пород типичного для исследуемого района криолитологического разреза межаласья, произведена верификация моделей. Исследуемая область – хорошо дренируемые приводораздельные пространства лесных межаласий. Результаты моделирования отражают динамику температур и глубины протаивания ледового комплекса при потеплении климата по известным климатическим сценариям: при повышении средней годовой температуры воздуха на +2 ℃/100 лет, +3 ℃/100 лет, +4 ℃/100 лет с учетом увеличения снежного покрова на 10 и 30 %,также без учета изменения количества осадков. По результатам моделирования, протаивание ледового комплекса может начаться при повышении средней годовой температуры воздуха на 4 ℃ с неизменным количеством осадков, при повышении на 3 ℃ с увеличением осадков на 10 % и при повышении на 2 ℃ с увеличением осадков на 30 %. Выделены два типа территорий по устойчивости к протаиванию ледового комплекса при климатических изменениях: неустойчивые и устойчивые. На участках неустойчивого типа протаивание ледового комплекса может начаться при увеличении средней годовой температуры воздуха на +3 ℃
Central Yakutia is distinguished by the widespread presence of highly ice-rich permafrost dating back to the Pleistocene epoch, commonly known as the Ice Complex. In the context of global climate warming, it is essential to evaluate the sensitivity and response of permafrost-dominated landscapes to projected climatic changes. The Ice Complex sediments are primarily found in the interalas terrain type. Disruptions to the surface energy balance, particularly those associated with human activities, often lead to destructive cryogenic processes, such as the rmokarst and thermal erosion. Alases are prevalent in the region, most of which formed during the Holocene Optimum as a result of the thawing of the Ice Complex. In this study, we analyzed climatic data from weather stations and the thermophysical characteristics of soil samples collected from interalas sites to develop predictive models and compile maps of future soiltemperatures under projected climate warming scenarios. Moreover, we conducted model verification. The simulations were based on climatic data from seven meteorological stations and a cryolithological profile representative of the interalas terrain. The study area is a well-drained, forest-covered upland. The simulation results project the dynamics of ground temperatures and active layer thickness in the Ice Complex under three climate warming scenarios for the year 2100: an increase of +2 °C, +3 °C, and +4 °C per century, along with increases in snow cover of 10% and3 0%, with no change in precipitation. The findings indicate that thawing of the Ice Complex will commence at a warming of 4 °C with no change in precipitation, at 3 °C with a 10% increase in precipitation, and at 2 °C with a 30%increase in precipitation. Additionally, we classified the terrain into two categories based on susceptibility to Ice Complex degradation due to climate change: unstable and stable. In unstable areas, thawing of the Ice Complex is projected to begin with a +3°C increase in mean annual air temperature

Региональные сценарные климатические прогнозы требуют знания исходного "базового климата", в частности, пространственного распределения годовой суммы осадков в современных климатических условиях в пределах региона. Данные о годовой сумме осадков за период с 1961 по 2020 г. по 40 метеостанциям на территории Республики Саха(Якутия) использованы для оценки точности моделей реанализа CRU TS, ERA5-Land, GPCC, NCEP-NCAR, PREC/Lи JRA55 и выбора оптимальной модели реанализа. Оценка точности реанализа выполнялась сравнением данных наблюдений со значением поля реанализа в пикселе, в котором расположена метеостанция. В статистическом анализе использовались метрики сходства: коэффициент конкордации Лина, индекс согласия Вильмота, тау-критерий Кендалла, среднеквадратичная ошибка. Интерполяционные модели реанализа (CRU TS, GPCC, PREC/L) точнее воспроизводят наблюденные данные, тогда как модельные реанализы завышают сумму осадков на 100 мм/год и более (от 30 до 50 %), а также недооценивают изменение суммы осадков. Модель GPCC наиболее точно воспроизводит наблюдения, однако при этом имеет признаки "переподгонки", наиболее значимый из которых – отрицательная пространственная корреляция среднемноголетних полей годовой суммы осадков за разные климатические периоды. В результате оптимальной для территории РС(Я) по годовой сумме осадков признана модель CRU TS 4, точнее прочих воспроизводящая изменение суммы осадков. Модель CRU TS 4 допустимо использовать в качестве модели "базового климата". По данным CRU TS 4, среднегодовая сумма осадков на территории РС(Я) в 1991–2020 гг. составляет293 ± 92 мм; в 1961–1990 гг. она была равна 285 ± 81 мм. Между двумя климатическими периодами, следовательно, годовая сумма осадков в РС(Я) выросла на 8 ± 18 мм, что не является статистически значимой величиной
Regional scenario-based projections require a comprehensive understanding of baseline climatic conditions, particularly the spatial distribution of total mean annual precipitation within the region. Precipitation data from 40 meteorological stations across the Republic of Sakha (Yakutia) for the period from 1961 to 2020 were used to evaluate the performance of modern reanalyses: CRU TS, ERA5-Land, GPCC, NCEP-NCAR, PREC/L, and JRA55. The performance of each model was assessed by comparing the observed mean annual precipitation to the reanalysis field values in pixels corresponding to the locations of the observation points. The statistical assessment employed Lin’s coefficient of concordance, Wilmott’s index of agreement, Kendall’s tau, and the root mean square error. Interpolation-based models (CRU TS, GPCC, PREC/L) demonstrated a superior ability to reproduce observed total precipitation, where as modeling-based reanalyses tended to overestimate it by more than 100 mm/year, or by 30% to 50%. The GPCC reanalysis exhibited the best performance when compared to observations; however, it appeared to be significantly over fitted, as evidenced by a substantial negative spatial correlation between total precipitation coverages for the periods from 1961 to 1990 and 1991 to 2020. Consequently, the interpolation uncertainty associated with overfitting precludes the use of GPCC data as a reliable benchmark. Ultimately, the CRU TS 4 reanalysis was determined to be optimal as a baseline for total precipitation coverage. According to CRU TS 4 data, the mean annual precipitation across the Republic of Sakha (Yakutia) was 285 ± 81 mm for the period from 1961 to 1990 and 293 ± 92 mm for 1991 to 2020,indicating an insignificant change of 8 ± 18 mm. Thus, between the two climatic periods, the annual precipitation in the Republic of Sakha (Yakutia) increased by 8 ± 18 mm, a change that is not statistically significant

Выполненными исследованиями в рамках региональных комплексных научных программ Республики Саха (Якутия) (КНИ-2) с учетом мирового и отечественного рынка редкометалльного сырья установлено, что к наиболее востребованным, помимо редких металлов и редкоземельных элементов (РМ и РЗЭ), заключенных в Томторском месторождении, относятся литий из гидроминеральных рассолов Западной Якутии и вольфрам Агылыкинского месторождения. Для повышения эффективности проектов и организации в Якутии производства продукции с высокой добавленной стоимостью предлагается модель создания в РС(Я) единого редкометалльного кластера, включающего три проекта, предусматривающих: 1) извлечение лития из гидроминерального сырья (рассолы трубки "Удачная"); 2) получение РЗМ – ниобия, скандия (и, возможно, марганца) из руд Томторского месторождения; 3) получение вольфрамового концентрата из руд Агылкинского месторождения. Первые два проекта, включающих выпуск химических реагентов (каустическая сода, хлор или соляная кислота) из местных ресурсов, предполагается создать на территории Мирнинского и Оленекского районов РС(Я). Для извлечения лития предложено применение селективных сорбентов отечественного (аксионит) или китайского производства, конечной товарной продукцией является карбонат лития, который может поставляться для использования в РФ (например, ХМЗ в Красноярске) или на экспорт (в Китай). Первичная химическая обработка томторских руд с получением товарных промпродуктов: пирохлорового концентрата и обогащенного по РЗМ и скандию раствора, возможна при щелочном вскрытии с использованием производимых на месте реагентов и последующим использованием селективных сорбентов для выделения соединений редких земель. Важным объектом для комплексного развития редкометалльного производства Якутии может стать планируемый металлургический кластер на юге республики, где реализация пирометаллургических мощностей позволит наладить выпуск ферросплавной продукции (ферровольфрам, феррониобий, ферромарганец), которая может использоваться для выпуска высококачественной стали, в том числе на территории РС(Я)
The studies conducted as part of the KNI-2 regional complex scientific research in the Republic of Sakha (Yakutia)focused on analyzing both global and domestic markets for rare metal raw materials. The findings revealed that, in additi on to the well-known group of rare earth metals (REM) and rare earth elements (REE) from the unique “Tomtor” deposit, lithium extracted from hydromineral brines and tungsten sourced from the Agylkinskoye deposit are also highly sought after. To improve project efficiency and facilitate the production of high-quality products in Yakutia, we propose a model for the establishment of a consolidated rare metal cluster within the Republic of Sakha (Yakutia).This model includes three principal initiatives: the extraction of lithium from hydromineral resources, particularly the brines associated with the “Udachnaya” pipe; the extraction of rare earth metals, such as niobium and scandium (and potentially manganese), from the ores located at the Tomtor deposit; and the development of the Agylkinskoye deposit for the production of tungsten concentrate. The first two projects are planned for implementation in the Mirninsky and Oleneksky districts of the Republic of Sakha (Yakutia). These projects will focus on the production of various chemical reagents, including caustic soda, chlorine, or hydrochloric acid, utilizing local resources. Selective sorbents, either of domestic origin (such as Axionite) or produced in China, may be employed for the extraction of lithium. The resultant commercial product will be lithium carbonate, which is intended for future distribution within the Russian Federation(for instance, to the KhMZ in Krasnoyarsk) or for export to China. The primary chemical treatment of Tomtor ore to produce commercially viable industrial products, such as pyrochlore concentrate and solutions enriched with RE Mand scandium, can be achieved through alkaline opening using locally produced reagents. This process is followed by the application of selective sorbents to extract rare earth compounds. The proposed metallurgical cluster in the southern region of the Republic of Sakha (Yakutia) represents a substantial opportunity for the advancement of rare metal production. The establishment of pyrometallurgical facilities within this cluster could significantly enhance the production of various ferroalloy products, including ferrotungsten, ferroniobium, and ferromanganese. These materials are essential for the production of high-quality steel, particularly in the Republic of Sakha (Yakutia)

Исследованы не изученные ранее почвы широко распространенных в Центральной Якутии песчаных массивов - тукуланов. Почвообразующими породами на больших площадях региона выступают древнеаллювиальные легкие по гранулометрическому составу почвообразующие породы дочетвертичного возраста. В голоцене на этих породах начала формироваться светлохвойная тайга, но большие площади вдоль долин рек оставались без растительного покрова и были заняты крупными массивами перевеваемых песков. В настоящее время в условиях происходящих естественных (динамика климата) и антропогенных воздействий (лесные пожары, вырубки и промышленное освоение) происходит заметное расширение безлесных пространств и наблюдается формирование молодых массивов перевеваемых песков. При этом, с одной стороны, наблюдается погребение естественного почвенного покрова, а с другой - эоловая деградация почв на лишенных растительного покрова площадях. Целью данной работы стало исследование свойств основных типов почв, сформированных как на динамичных, так и на закрепленных растительностью участках тукуланов Лено-Вилюйского междуречья. Во время маршрутных исследований применялись сравнительно-географический и профильно-генетический методы, определение основных физико-химических параметров почвы выполнялось с помощью общепринятых в почвоведении методик. Исследования показали, что на территории распространения легких по гранулометрическому составу пород эолово-древнеаллювиального генезиса распространены мерзлотные боровые песчаные почвы с простым слабодифференцированным и сложным полициклическим профилями. Последние характеризуются признаками погребения. На относительно более увлажненных послепожарных участках строение почвы и ее свойства могут быть осложнены также криотурбационными процессами. Все почвы преимущественно слабокислые, малопродуктивные, характеризуются небольшой суммой обменных оснований и очень низким содержанием гумуса. Криотурбированная почва среднекислая, отличается более выраженными признаками иллювиирования железа и равномерным распределением органического вещества в трансформированной части профиля. Замещение типичных таежных ландшафтов "пустынными" поверхностными образованиями полностью трансформирует растительно-почвенный покров территории, отрицательно влияя на продуктивность экосистемы.
This study investigates previously unexamined soils of the widespread sand massifs, known as tukulans, in Central Yakutia. The parent materials across large areas of the region consist of ancient alluvial deposits with light granulometric composition, dating back to the Quaternary period. During the Holocene, light-coniferous taiga began to form on these deposits; however, extensive areas along river valleys remained devoid of vegetation and were occupied by vast mass of wind-blown sands. Currently, under the influence of natural factors (climate dynamics) and anthropogenic impacts (forest fires, logging, and industrial development), there is a noticeable expansion of treeless areas, accompanied by the formation of young sand massifs. Simultaneously, the natural soil cover undergoes burial, whereas in areas devoid of vegetation, soils experience Aeolian degradation. The aim of this study was to analyze the composition and properties of the main soil types formed in both dynamic and those stabilized by vegetation within the Lena-Vilyui interfluve tukulans. The study employed comparative-geographical and profile-genetic methods, with the determination of key physicochemical soil parameters conducted using standard soil science methods. Results indicate that in areas dominated by light granulometric aeolian-ancient alluvial deposits, permafrost pine forest sandy soils with simple, weakly differentiated, complex polycyclic profiles are widespread. These profiles exhibit signs of burial. In relatively more humid post-fire areas, soil structure and properties are further influenced by cryoturbation processes. All soils are predominantly slightly acidic, characterized by low exchangeable base content and low humus levels. Cryoturbated soils are moderately acidic and display more pronounced iron illuviation and a uniform distribution of organic matter in the transformed soil profile. The replacement of typical taiga landscapes with “desert”-like surface formations drastically alters the vegetation and soil cover of the area, negatively affecting the ecosystem’s productivity.

Тепловая защита инженерных сооружений является важной проблемой для современного строительства в криолитозоне. Целью работы являлось получение критерия экономической целесообразности использования новых теплоизоляционных материалов вместо традиционно используемых материалов для тепловой защиты инженерных объектов. Рассмотрено два случая: полной замены одного материала другим и комбинированного использования традиционного и нового теплоизоляционного материалов. В качестве критерия использовано отношение затрат на материалы для достижения нормативного термического сопротивления всей теплоизоляционной конструкции. Получены новые показатели связи между экономическими и теплофизическими характеристиками материалов, в частности, между удельной стоимостью теплоизоляционных материалов (стоимость единицы объема) и их коэффициентом теплопроводности. Для общности анализа введены новые показатели: ценовой симплекс; тепловой симплекс; симплекс термического сопротивления. Установлено, что, с экономической точки зрения, использование новых материалов вместо традиционных будет оправдано в том случае, когда отношение стоимостей нового и традиционного материала не будет превышать обратной величины отношения их коэффициентов теплопроводности (т. е. при условии, что ценовой симплекс будет ниже обратной величины теплового симплекса). Приведены конкретные примеры применения разработанной методики при оценке целесообразности использования тонкопленочных теплоизоляционных материалов вместо минеральной ваты для достижения равного теплозащитного эффекта. Показано, что при существующей стоимости тонкопленочных материалов их использование обойдется в десятки раз дороже традиционной тепловой защиты с помощью минеральной ваты даже при существенном снижении ее термического сопротивления за счет увлажнения в период эксплуатации. Результаты вариантных расчетов позволяют наглядно убедиться в установленной новой закономерности связи экономических и теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов.
The aim of this study was to establish criteria for the economic feasibility of using new thermal insulation materials in place of traditionally used materials for the thermal protection of engineering structures. Two scenarios were considered: the complete replacement of one material with another and the combined use of traditional and new thermal insulation materials. The criterion used was the ratio of the cost of materials required to achieve the standard thermal resistance of the entire insulation system. New indicators describing the relationship between the economic and thermophysical properties of materials were developed, particularly relating the specific cost of thermal insulation materials (cost per unit volume) to their thermal conductivity coefficient. To generalize the analysis, novel indicators were introduced: price simplex, thermal simplex, and thermal resistance simplex.We concluded, from an economic perspective, the use of new materials instead of traditional ones is justified if the ratio of the costs of the new and traditional materials does not exceed the reciprocal of the ratio of their thermal conductivity coefficients-that is, if the price simplex is lower than the reciprocal of the thermal simplex. Specific examples demonstrate the application of this methodology in evaluating the feasibility of using thin-film thermal insulation materials instead of mineral wool to achieve equivalent thermal protection. The analysis shows that, at current prices, thin-film materials are tens of times more expensive than traditional mineral wool insulation, even when accounting for a significant reduction in mineral wool’s thermal resistance due to moisture during operation. The results of these calculations clearly illustrate the newly established relationship between the economic and thermophysical characteristics of thermal insulation materials.

В области криолитозоны на фоне изменения климата и возрастающей техногенной нагрузки с каждым годом возрастает актуальность изучения условий формирования ресурсов и режима нади межмерзлотных вод, которые наиболее чувствительны к внешнему воздействию. Одним из методов изучения динамики подземных вод при невозможности проведения систематических круглогодичных наблюдений является численное моделирование. Цель выполненных исследований - создать математическую модель фильтрации надмерзлотно-межмерзлотных подземных вод, широко распространенных на правобережье р. Лена в Центральной Якутии, и оценить межгодовую изменчивость их ресурсов. Трехмерная стандартная геофильтрационная модель была создана в программе MODFLOW-USG. Исходными данными для ее построения послужили результаты многолетних полевых гидрогеологических и геокриологических исследований, полученные на водосборной площади одного из круглогодично действующих наледеобразующих источников на бестяхской террасе р. Лена. Для калибровки численной модели использованы данные натурных наблюдений за уровнем воды в скважине, расположенной в зоне транзита межмерзлотных вод. Корректировка фильтрационных параметров и граничных условий модели проводилась до тех пор, пока расхождение между расчетными и фактическими значениями уровня межмерзлотных вод не составило менее 0,1 м для более чем 90 % измерений. Результаты моделирования позволили оценить динамику водообильности межмерзлотного водоносного талика за последние 15 лет, уточнить влияние различных метеорологических факторов и процессов сезонного промерзания-протаивания пород на формирование режима подземных вод, количественно оценить внутригодовую изменчивость дебита источника. Полученные результаты могут послужить основой для постановки задач по прогнозированию изменения мерзлотно-гидрогеологических условий под действием колебаний климата, а также рассматриваться как эффективный метод количественной оценки динамики подземных вод в области распространения многолетнемерзлых пород.
In permafrost regions, the combined effects of climate change and increased anthropogenic activity highlight the need to study the formation processes and dynamics of supraand intrapermafrost waters, due to their strong responsiveness to external influences. When continuous year-round observations are not possible, numerical modeling provides an efficient approach to study groundwater dynamics. This study aims to construct a mathematical model of suprapermafrost and intrapermafrost groundwater flow prevalent along the right bank of the Lena River in Central Yakutia, and to evaluate the interannual variability of these groundwater resources. A three-dimensional groundwater flow model was developed using the MODFLOW-USG software. This model was constructed using baseline data obtained from extensive, long-term field investigations in hydrogeology and geocryology conducted within the catchment area of a perennial icing spring located on the Bestyakh Terrace of the Lena River. The numerical model was calibrated using field-observed water levels from a monitoring well located within the intrapermafrost water transit zone. Calibration involved iterative adjustments of hydraulic parameters and boundary conditions until the deviation between simulated and observed intrapermafrost water levels was less than 0.1 m for more than 90% of the measurements. The simulation results enabled the reconstruction of the water yield dynamics in the intrapermafrost aquifer talik over the past 15 years, clarified the effects of various meteorological factors and seasonal freeze-thaw cycles on groundwater regime formation, and provided a quantitative evaluation of spring discharge variability at intra-annual scales. These findings establish a foundation for developing predictive frameworks of permafrost-hydrogeological evolution in response to climatic variability and provide a robust methodological approach for quantifying groundwater dynamics in permafrost-affected regions.

Оценка устойчивости ландшафтов к современному потеплению климата - один из основных острых вопросов современности. Наблюдаемая в настоящее время активизация криогенных процессов в Центральной Якутии, особенно на нарушенных и антропогенных ландшафтах, показывает актуальность проблемы. Целью исследований является оценка термической устойчивости мерзлотных ландшафтов Центральной Якутии в условиях усиливающегося потепления климата, начиная с 1970-х годов. Основой для оценки послужили результаты натурных наблюдений за температурой многолетнемерзлых пород в слое годовых теплооборотов за период 1981-2023 гг., данные метеостанций по температуре воздуха на высоте 2 м и почвы на глубине 1,6 м. Мониторинг, включая создание сети, наблюдения на стационарах и мониторинговых участках Института мерзлотоведения имени П.И. Мельникова СО РАН, и анализ полученных данных в контексте изменения климата были основными методами исследований. Были оценены пространственно-временные изменения мощности деятельного слоя и среднегодовой температуры пород в слое годовых теплооборотов и их тренды как показатель отклика на потепление климата. Проведен региональный анализ изменчивости коэффициента термической устойчивости (Кα) многолетнемерзлых пород в девяти типах местностей по температурным данным на подошвах деятельного слоя и в слое годовых теплооборотов (глубина 10 м). Положительные значения Кα, превышающие 1,0, свидетельствуют о деградации многолетнемерзлых пород, встречаются и отрицательные тренды, которые связаны с изменениями режима снегонакопления и биомассы экосистем. Оценка термической устойчивости мерзлотных ландшафтов затрагивает важные аспекты природы окружающей среды и социально-экономической устойчивости Центральной Якутии. Результаты исследований могут быть использованы государственными органами по планированию развития территорий, природоохранными организациями, хозяйствующими субъектами и образовательными заведениями.
Assessing the resilience of landscapes in response to current climate warming represents a critical challenge today. The current intensification of cryogenic processes in Central Yakutia, particularly in disturbed and anthropogenic landscapes, highlights the urgency of this issue. This study aims to evaluate the thermal stability of permafrost landscapes in Central Yakutia amid increasing climate warming since the 1970s. The assessment is based on field observations of permafrost rock temperatures within the annual heat turnover layer from 1981 to 2023, alongside meteorological data on air temperature at 2 meters above ground and soil temperature at a depth of 1.6 meters. The primary research method involved monitoring, including establishing a network, observation at sites and monitoring stations of the Melnikov Permafrost Institute of SB RAS, and analyzing the collected data in the context of climate change. Spatiotemporal changes in the thickness of the active layer and the mean annual temperature of ground within the annual heat turnover layer were estimated, with their trends serving as indicators of the landscape’s response to climate warming. A regional analysis of the variability of the thermal stability coefficient (Кα) of permafrost rocks across nine types of localities was conducted, based on temperature data at the base of the active layer and within the annual heat turnover layer (10 meters depth). Positive Кα values exceeding 1.0 indicate permafrost degradation, while negative trends are associated with changes in snow accumulation regimes and ecosystem biomass. Assessing the thermal stability of permafrost landscapes has significant implications for the natural environment and the socio-economic stability in Central Yakutia. The research findings can inform government agencies in territorial development planning and support environmental organizations, businesses, and educational institutions.

Статья посвящена памяти известного российского ученого-геокриолога Марка Михайловича Шаца, исследователя вечной мерзлоты, кандидата географических наук, ветерана Института мерзлотоведения имени П.И. Мельникова СО РАН, подробно освещая его жизненный путь, научные достижения и общественный вклад.