С воздуха Уэйнрайт, штат Аляска, выглядит как ровная и стабильная полоса домов и дорог между морем Чукотки и бескрайней тундрой. Но под поверхностью скрывается промёрзшая земля с крупными ледяными линзами. На размываемых береговых обрывах этот лёд уже оказывается на виду — и буквально тает.

Это не просто изменение ландшафта. Когда лёд в вечной мерзлоте тает, дороги начинают проседать, здания — наклоняться, трубопроводы — трескаться и давать утечки, а береговая линия отступает, подбираясь всё ближе к домам. По оценке исследования 2025 года, только ущерб зданиям и дорогам из-за таяния мерзлоты может обойтись Аляске в 37–51 млрд долларов США.

Я занимаюсь гражданским строительством и уже около десяти лет изучаю, как вечная мерзлота и инфраструктура реагируют на потепление в Арктике, где температура растёт в 2–3 раза быстрее мирового среднего. Региональной карты мерзлоты недостаточно, чтобы сказать, как конкретный фундамент или дорога переживут потепление. Инженерам нужны методы, которые позволяют заглянуть под поверхность и найти слабые места. Именно такие подходы мы с коллегами и развиваем с помощью дронов и технологии цифровых двойников.

Вечная мерзлота — это грунт, который остаётся при температуре 0 °C или ниже как минимум два года подряд. Если он богат подземным льдом, его оттаивание может радикально изменить способность почвы держать здания и дороги. Замёрзший грунт, который десятилетиями удерживал дома, трассы и трубопроводы, начинает проседать по мере роста температуры, когда ледяные «связки» между частицами почвы ослабевают. Когда лёд в земле тает и вода уходит, поверхность оседает. Вес зданий, дорог и другой инфраструктуры может ещё сильнее усугубить просадку.

Процесс идёт крайне неравномерно. Участки всего в одном городском квартале друг от друга могут содержать совершенно разное количество льда и незамёрзшей воды. Кроме того, дороги и здания меняют накопление снега и сток воды. На побережье таяние мерзлоты делает территорию уязвимее для волн и эрозии.

В Уткиагвике, Аляска, частичный обвал обрыва в 2023 и 2024 годах приблизил разрушающуюся кромку к дорогам и зданиям. Волны размывали основание, а сверху мерзлота теряла прочность из-за оттаивания, и край обрыва начал сползать вниз.

Многое из того, что нужно знать застройщику до начала строительства дома или дороги, скрыто под землёй. Но бурить густую сетку скважин в промёрзшем грунте дорого, сложно и очень трудоёмко. Здесь помогают геофизические методы.

Один из таких способов — измерения очень низкочастотного электромагнитного поля, или VLF-EM. Он использует электромагнитные сигналы от удалённых передатчиков и фиксирует, как на них реагирует грунт. Поскольку прямой контакт с землёй не нужен, лёгкий датчик можно поднимать дроном над заболоченной тундрой и участками, где особенно вероятно таяние.

Этот метод особенно полезен на арктическом побережье. Сольёная незамёрзшая вода проводит электричество намного лучше, чем богатый льдом промёрзший грунт, поэтому различия в показаниях помогают заметить, где земля уже оттаяла. VLF-EM не даёт идеальной картины подземного пространства — оценка глубины может быть неточной, — но позволяет выявить зоны, где условия под поверхностью изменились, и понять, где нужно проверять участок особенно тщательно.

Но для инфраструктуры недостаточно знать, что происходит сегодня. Дороги, здания и трубопроводы должны служить 20, 50 лет и дольше, поэтому важно понимать, как будут выглядеть подземные условия через десятилетия.

Наша исследовательская группа работает над прогнозами двух ключевых для инженеров параметров: насколько сильно осядет грунт и какую нагрузку сможет выдержать основание. На Аляскинской Арктической прибрежной равнине, в том числе в районе Прадхо-Бей, где сосредоточена большая часть нефтяной инфраструктуры Аляски, мы в исследовании 2026 года оценили устойчивость мерзлоты. Результат показал: при высоких выбросах парниковых газов доля инфраструктуры под риском остаётся ниже 10% примерно к середине века, а затем быстро растёт в период с 2060-х до 2080-х годов. К 2090-м годам под угрозой повреждений из-за проседания земли могут оказаться около 80% зданий, 60% дорог и 90% трубопроводов.

Параллельно мы разрабатываем компьютерные модели, называемые цифровыми двойниками, для наблюдения за инфраструктурой в холодных регионах. Такие модели воспроизводят реальные меняющиеся условия и стареющие объекты и позволяют прогнозировать, что, скорее всего, произойдёт дальше.

На дорожной насыпи в Уткиагвике наша команда использовала оптоволоконные кабели для сбора данных о температуре и сейсмике. В исследовании 2026 года мы применили измерения с участка длиной около 100 метров, чтобы обновить компьютерную модель, сочетающую физику теплопередачи и машинное обучение. По мере поступления новых данных цифровой двойник корректируется, улучшая прогнозы изменения температуры мерзлоты и того, как будет вести себя инфраструктура.

Наша цель — использовать дроны и геофизику для картирования территории, датчики — для отслеживания изменений, а компьютерные модели — для прогноза того, как эти изменения повлияют на инфраструктуру.

Сообществам нужны простые и понятные инструменты, которые покажут, где могут появиться угрозы, как они будут меняться в ближайшие десятилетия и что может оказаться под ударом. Таяние вечной мерзлоты часто описывают как экологическую проблему. Но в Арктике это ещё и инженерная задача. Чем лучше инженеры видят, что происходит под поверхностью, и чем точнее могут предсказать дальнейшее развитие событий, тем больше времени у жителей и властей на то, чтобы решить, где нужно наблюдать, укреплять, ремонтировать или адаптировать объекты.