Деградация объектов криосферы в районе залива Лаврентия, Восточная Чукотка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Деградация объектов криосферы в районе залива Лаврентия, Восточная Чукотка

Ананичева Мария Дмитриевна

Антонов Евгений Викторович

Аннотация

Предметом исследований в данной статье является наблюдаемая деградация криосферных объектов - ледников и многолетнемёрзлых пород - в регионе Восточная Чукотка, Россия. Целью статьи является исследование группы ледников в заливе Лаврентия, которые были описаны ещё в середине 1970-х гг. Р. В. Седовым, и в дальнейшем изучались лишь с помощью космических снимков. Помимо этого, были организованы измерения глубины сезонного протаивания, мониторинг которых был начал в регионе в 2000 г. Поскольку ледники имеют малый размер и расположены в высокоширотном районе, то космические снимки могут давать ошибки. Поэтому были проведены полевые маршрутные исследования, GPS-съёмка и фотосъёмка для дальнейшего построения 3D моделей поверхности ледниковых каров. Полевые исследования позволили удостовериться в сильной деградации небольших ледников Чукотского нагорья. Полевые исследования сезонного протаивания мерзлоты, проводимые авторами в сезон 2017 года выявили, что разница мощности сезонноталого слоя в районе исследования на конец августа оказалась по сравнению с прошлым годом -0,5..+4,3 см в зависимости от локальных природных условий.

Ключевые слова: Чукотка, Чукотское нагорье, ледник, сезонноталый слой, каменный глетчер, изменения климата, многолетнемёрзлые породы, Восточная Чукотка, гляциология, геокриология

Abstract

The article contains the results of field investigations of cryospheric objects - land-based glaciers and permafrost rocks in the area of the Lavrenty Bay, Eastern Chukotka. Glaciers of the Laurentian group were described in the mid-1970s by Rudolf Sedov, later they were studied with the help of space imagery by one of the authors. Since glaciers are of small size, and satellite images can give errors in this case, it was necessary to check in situ their condition. Field studies have made it possible to ascertain the severe degradation of small glaciers of the Chukchi Highlands. Also field studies of the permafrost seasonal thawing, carried out by the authors in the season of 2017, revealed that the difference in thickness of the seasonally thawed layer in the study area at the end of August was, in comparison with the previous year, -0.5.. + 4.3 cm, depending on local natural conditions.

Keywords:

Eastern Chukotka, permafrost, climate change, rock glacier, active layer, glacier, Chukchi Highland, Chukotka, glaciology, geocryology

Введение

К оледенению Севера-Востока России относится ледники хребта Орулган (часть Верхоянского хребта), гор Сунтар-Хаята и хр. Черского (самые крупные оледенения в этом регионе), Корякского нагорья и его северо-восточной части - Мейныпильгынского хребта, а также Чукотского и Колымского нагорий.

Ледники Чукотского нагорья изучались Р. В. Седовым, исследователем из Магадана, в 1970-80-х гг. По его данным они представлены несколькими изолированными группами. Первая группа из трех ледников расположена на северо-востоке Чукотского полуострова на хр. Тенианый в заливе Лаврентия (Рисунок 1), средняя высота границы питания (линия, где аккумуляция равна абляции) или английский вариант - Equilibrium line altitude - (HELA) - 500 м. Вторая группа, состоящая из 14 каровых ледников, находится в Провиденском горном массиве, высота границы питания здесь - от 400 до 550 м. Третья группа - в заливе Креста Берингова моря на хр. Искатень - состояла из 21 ледника с HELA от 500 до 1000 м ^[1].

Рисунок 1. Район исследований - Восточная Чукотка

Четвертая группа из четырех каровых ледников на хр. Пекульней состояла из четырех ледников размером ~ 0,3 км2. Средняя HELA составляла 740 м.

В пятой группе - пять ледников размером от 0,1 до 0,5 км2 - на Чантальском хребте в бассейне р. Амгуэма со средней HELA - 1400 м. Представление о распределении льда ледников хр. Искатень по высотным зонам дает Рисунок 2.

Рисунок 2. Распределение льда по высоте ледников хр. Искатень (Чукотское нагорье): А) Бассейн залива Креста, Берингово море; Б) Бассейн Чукотского моря. Источник: составлено по данным Р.В. Седова.

Эти криосферные объекты можно отнести к «малым формам оледенения», термин впервые введен М. В. Троновым ^[2]. Понятие включало в себя непосредственно малые ледники, многолетние снежники с ледяным ядром и перелетовывающие снежники. Режим и эволюция малых форм оледенения представлены в монографии Н.В Коваленко ^[3], (ледники Чукотки в ней упомянуты в связи с работами Р. В. Седова).

Все вышеупомянутые ледники Р. В. Седов исследовал самостоятельно с группой энтузиастов, горных туристов: он определил площади ледников, их экспозицию, морфологический тип, положение фирновой линии. Для гляциологов - это неоценимый в клад в науку, изучающую наземное оледенение.

Помимо Чукотского нагорья в экспедициях Р. В. Седова были закартированы десятки ледниковых образований в хребтах Корякского и Колымского нагорий; впервые обнаружены каровые ледники в хребтах Искатень, Чантальский, в Провиденском горном массиве (Чукотка), на полуострове Тайгонос (Колымское нагорье), в горах Охотского побережья и в Мейныпильгинском хребте (Корякское нагорье); описаны снежно-ледовые образования Южного Хараулаха и Северного Орулгана (Верхоянский хребет); исследованы характерные ледовые притоки ледников Буордаха (хребет Черского). По результатам исследований ледниковых образований Северо-Запада Евразии Р. В. Седовым опубликовано 16 научных статей.

1. Физико-географические условия района исследований

Геология и рельеф

Восточная Чукотка занимает крайнюю северо-восточную оконечность Евразии. Административно она полностью входит в территорию Чукотского и Провиденского административных районов Чукотского автономного округа. С севера она омывается Восточно-Си6ирскиим и Чукотским морями Северного Ледовитого океана, с востока и юга - Беринговым морем Тихого океана, с запада ограничена водоразделом от залива Креста до Колючинской губой.

В Охотско-Чукотской области горообразования, к которой относится район исследований, выделяются 2 типа морфоструктур 1-го порядка: сводовые системы вулканогенно-глыбовых и складчато-глыбовых нагорий и линейные зоны вулканогенных хребтов и плоскогорий ^[4].

Изучаемая территория представляет собой пологонаклонные предгорья, примыкающие к сопкам хребта Тенианый. Максимальная высота в районе г. Вулканная - 896 м. Низкогорье сложено докембрийскими и нижнепалеозойскими гнейсами, кристаллическими сланцами, осложнёнными гранитными интрузиями, и относится к области Мезозойской складчатости ^[5].

На юго-западе низкогорье прерывается Мечигмено-Колючинской депрессией, вытянутой через весь полуостров, прибрежные части которой заняты заливами. Это - древняя долина с холмистым днищем. Холмы образованы мерзлотными процессами и эрозионным расчленением террас, состоящих преимущественно из аллювиальных рыхлых отложений. Широко развиты термокарстовые и остаточно-старичные озера.

В силу благоприятных климатических факторов Чукотка неоднократно подвергалась оледенению ^[6]. Сартанский комплекс плейстойценовых оледенений (последнее оледенение на севере Сибири) занимает высокие отметки горных, чаще водораздельных массивов. Ледниковый рельеф отличается хорошей сохранностью ^[7]. Эти формы и сейчас занимают ледники. Современное оледенение Чукотского нагорья представлено каровыми ледниками, которые расположены в различных местах нагорья, где высоты позволяют перехватывать осадки в основном с Тихого океана.

Климат и криосферные процессы региона

Климат области подвержен влиянию Северного Ледовитого и Тихого океанов. Зимой влияет отрог Азиатского максимума, циклоны с запада играют гораздо меньшую роль. Арктические антициклоны часто определяют холодную ясную солнечную погоду в любой сезон. Летом арктические вторжения чаще проходят через Таймыр, в зоне действия южных циклонов оказывается вся Чукотка. Там сыро и прохладно.

Климатические условия существования ледников Чукотского нагорья достаточно разнообразны - от субарктического морского (ледники бухты Лаврентия) до субарктического континентального (бассейн р. Амгуэма) и арктического (на крайнем севере). Важную роль играют сильные ветра в зимний сезон, которые формируют мощный метелевый перенос, благодаря которому существуют ледники небольшой площади.

Последние десятилетия на Чукотке отмечаются положительные тренды температуры (Рисунок 3). Рисунок схематично отражает пространственную картину трендов средней летней температуры (Рис. 3а) и твердых осадков, точнее осадков холодного периода (Рис. 3б), использованы только данные метеостанций ^[8].

Рисунок 3. Тренды осадков холодного периода (а) и средней летней температуры (б), рассчитанные по метеостанциям на территорию Чукотки за 1966-2012 гг. (кружками показано расположение метеостанций). Источник: составлено по данным Р. В. Седова

Тренды средней летней температуры (Tsum) для всего Чукотского полуострова за период 1966-2012 гг. положительные и изменяются от 1 до 2°С/46 лет от побережья в глубину полуострова. Рост Tsum сказался на увеличении таяния за счет интенсификации абляции и удлинения периода с положительными температурами. Тренды осадков холодного периода (Psolid) отрицательны в прибрежных регионах, и положительны в континентальных между заливом Креста и Анадырским лиманом. По абсолютным величинам: Psolid изменились от -110 до +100 мм/46 лет, при этом большая часть Чукотки характеризируется отрицательным трендом -50 мм/46 лет.

Интересно, что оценки атмосферного водного цикла по 7 различным реанализам для Арктики, охватывающие период 1979-2013 гг., в том числе Севера Дальнего Востока России, сделанные в работе ^[9] также показывают, что транспортировка влаги в этот регион уменьшилась по всем моделям. Таким образом, климатические процессы, происходящие на территории Чукотки, не способствуют развитию и распространению оледенения.

Со времени оценки состояния ледников Чукотского и Колымского нагорий - середина 1970-х гг. - прошло более 40 лет, которые характеризуются, судя по приведенным данным выше, изменением климата в сторону потепления. Этим и обоснована задача оценки современного состояния оледенения.

Климатические и геолого-геоморфологические особенности региона обусловили специфику проявления здесь криогенных процессов и их пространственную дифференциацию. На оголённых склонах и водоразделах широко осуществляется выветривание, приводящее к разрушению обломочного материала и перемещению его вниз ^[10]. Мелкозернистые продукты выветривания образуют делювиальные шлейфы. К ним часто приурочены курумы, а также пятна-медальоны, солифлюкционные полосы, языки и валы. Для Восточной Чукотки характерен процесс криогенного растрескивания в дисперсных грунтах, приводящий к образованию син- и эпигенетических повторно-жильных льдов ^[11-13].

На плоских участках широко развит термокарст: это озёра, озёрные котловины, озёрно-аласные равнины и эрозионно-термокарстовые ложбины стока. Во впадинах, низменностях и долинах рек распространены сезонные бугры пучения - булгунняхи и гидролакколиты. Встречаются они как поодиночке, так и группами ^[10]. На морском побережье, в частности, в пределах аккумулятивных равнин, развиты разрушительные береговые процессы: термоэрозия, термоабразия, термоденудация, а также комплекс склоновых процессов ^{[14, 15]}.

2. Материалы и методы

Анализ космических снимков

Для определения параметров ледников Чукотки были использованы покрывающие территорию распространения ледников снимки высокого разрешения (SPOT) на август 2012 года, любезно предоставленные в рамках программы АMAP (Arctic Monitoring Assessment Program), а также LandSat-7 на этот же период, находящиеся в открытом доступе ^[8].

Высота концов языков и верховий ледников определялась по цифровой модели рельефа (ЦМР) - ASTER GDEM, составленной по данным съемки за 2011 г. Снимки были сделаны при ясной погоде, их затененность незначительная. Оцифровка ледников проводилась в ГИС-пакете ArcGIS 10.1 посредством визуальной идентификации границ ледника.

Полевые исследования

Труднодоступные долины в районе г. Вулканная (примерные координаты 65є 40? с.ш., 171є 31? з.д.), где по описаниям Р. В. Седова находились небольшие ледники, были посещены в августе 2017 г. Обследованы четыре долины (кары) по боковым моренам, в т. ч. днища долин двух каров. Произведена GPS съемка, также сделана фотографическая съемка с целью сравнения с материалами Р. В. Седова, обработка фотографий в специализированном программном пакете Agisoft PhotoScan, позволяющем получить поверхности в виде TIN или GRID модели, построить 3D-модели долин и их содержимое (текстурированные на основе исходных изображений), а также ортофотопланы. В процессе полевых исследований были отобраны пробы снега на геохимический и изотопный анализ из снежников на крутых склонах вмещающих каров.

Наложение недавно ставшей публично доступной ЦМР Arctic DEM на карты сервиса Google Maps в районе полевых исследований дает представление о его диапазоне высот - от уровня моря до 700 м (Рисунок 4, 5).

Рисунок 4. Высотное положение исследованных долин (а) (источник: ЦМР Arctic DEM) и кара №1 (б)

деградация криосферный ледник

Рисунок 5. Панорама ледниковых каров группы ледников залива Лаврентия (Фото Е.В. Антонова, 2017).

3. Результаты

По результатам дешифрирования космических снимков 2012 года удалось обнаружить около 50 ледников в районе Чукотского нагорья. Результаты анализа космических снимков по некоторым группам даны в Таблице 1.

Таблица 1. Данные по ледникам Чукотского нагорья по спутниковым снимкам и Каталогу ледников. Источник: данные спутникового дешифрирования, ^[1].

В целом, тенденция очевидна - ледники уменьшились в размерах по сравнению с оценками конца 1980-х гг. в силу идущего на Чукотке изменения климата, а также размеров ледников. Естественно, что более сократились площади небольших ледников: на хребте Пекульней, осталось не более 7% от ледниковой площади, указанной Р. В. Седовым. Некоторые ледниковые системы сократились меньше, доля оставшейся площади, например, у ледников хр. Искатень ~40%.

Небольшие ледники группы Лаврентия, судя по снимкам, остались неизменны, что вызвало большие сомнения. Вообще, снимки LandSat-7 для изучения таких малых ледников явно дают большую ошибку из-за низкого разрешения. Помимо Р. В. Седова, никто из исследователей ледников не был на Чукотке, последние публикации по этому региону датируются концом 1990-х гг. и только летом 2017 года представилась возможность посетить горы в районе залива Лаврентия, чтобы удостовериться в существовании там ледников.

В результате полевых обследований были обнаружены покрытые валунами остатки ледников, находящиеся в стадии полной деградации. Поскольку пробурить эти остатки не представлялось возможным, нельзя точно сказать, насколько велико в них ледяное ядро. По-видимому, эти криосферные объекты находятся в стадии образования небольших каменных глетчеров (Рисунок 5-8).

По результатам GPS съемки в ArcGis была измерена площадь наибольшего остатка (Кар №1) и его высотное положение (Рис. 4 б). Максимальная высота 472 м, средняя 420,9 м, минимальная 378, 9 м. Площадь остатка 0,0452 км2, объем ~ 8-3 км3.

Рисунок 6. Кар №1 (Фото Е.В. Антонова, 2017 г.).

Рисунок 7. Кар №2 (Фото Е.В. Антонова, 2017 г.).

Рисунок 8. Кары №3 (слева) и №4 (справа) (Фото Е.В. Антонова, 2017 г.).

4. Дискуссия и выводы

Полевые исследования позволили удостовериться в деградации самых небольших ледников Чукотского нагорья, судьбу которых было нетрудно предугадать. Но важный вывод из полевых работ - это подтверждение того, что использование таких снимков, как LandSat для оценки размеров такого рода ледников, особенно в высокоширотных регионах, дает грубые ошибки. Изучение дистанционными методами малого оледенения можно лишь снимками очень высокого разрешения, типа SPOT, World View-2, 3, и т.п. Появившиеся недавно снимки Sentinel-2 (оптический диапазон), находящиеся в открытом доступе, пока не охватили территорию Чукотки. Дополнительную сложность в получении дистанционных данных представляет типичная для востока Чукотки повышенная облачность и частые туманы.

По данным местных жителей и туристов (личные сообщения), ледники группы Провидения также находятся в стадии сильной деградации, ситуация схожа с ледниками залива Лаврентия. Р.В. Седов летом 2017 г. посетил ледник Первенец в хребте Искатень ^[16] и в личной беседе сообщил, что ледники хребта, хотя и сократились, но пока существуют. Полевые исследования ледников Чукотки целесообразно в будущем сосредоточить в хребте Искатень, район залива Креста.

Стоит отметить, что наблюдаемые процессы деградации криосферных объектов в виду глобальных изменений климата характерны и для многолетнемёрзлых пород. Полевые исследования сезонного протаивания, проводимые авторами в сезон 2017 года выявили, что разница мощности сезонноталого слоя в районе исследования на конец августа оказалась по сравнению с прошлым годом -0,5...+4,3 см в зависимости от природных условий. Долгосрочные наблюдения за динамикой глубин сезонного протаивания ^{[17, 18]} свидетельствуют об устойчивом тренде к их увеличению со скоростью 0,7 см/год за 2000-2015 гг. Наблюдаемые изменения ведут к интенсификации эрозионных процессов, образованию криогенных оползней, термоэрозионных оврагов и провалов грунта. Сокращение площади и продолжительности существования сезонных морских льдов за последние годы ^[19] способствует ускорению береговых разрушительных процессов: абразии, термоабразии и термоденудации ^[15].

Наблюдаемые тенденции в динамике состояния криосферных объектов Восточной Чукотки являются реакцией на региональные климатические изменения и требуют дальнейшего изучения для выявления обратных природных связей и динамики природной среды в данном регионе.

Благодарности

Работа была выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант16-05-00349-а. Авторы выражают благодарность Г.М. Зеленскому и А.Ю. Максимову за организацию полевых исследований.

Библиография

1. Седов Р.В. Ледники Чукотки // Материалы гляциологических исследований (МГИ), 1997. Вып. 82. С. 213-217.

2. Тронов М.В. Вопросы горной гляциологии. - М.: Географиз. 1954. 34 с

3. Коваленко Н.В. Режим и эволюция малых форм оледенения. 2011. - М.: Макс Пресс. 207 с.

4. Смирнов В.Н. Морфотектоника областей горообразования Северо-Востока Азии. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук. - М.: МГУ, 1995.

5. Пармузин С. Ю. Дальний Северо-Восток // Физико-географическое районирование СССР / Под ред. Н.А. Гвоздецкого. - М.: 1968. - С. 481-503.

6. Иванов В. Ф. Четвертичные отложения побережья Восточной Чукотки. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986. 140 с.

7. Седов Р.В. Анюйско-Чукотское нагорье. Северо-восток России. Путешествия. - Хабаровск: Хабаровское книжное издательство, 2005. 423 с.

8. Ананичева М.Д., Карпачевский А.М. Современное состояние ледников Чукотского и Колымского нагорий и прогноз эволюции ледниковых систем Чукотского нагорья // Фундаментальная и прикладная климатология. 2016. Том 1. С. 64-83. DOI: 10.21513/2410-8758-2016-1-64-83

9. Dufour, A., O. Zolina, and S. K. Gulev 2016. Atmospheric moisture transport to the Arctic: assessment of reanalyses and analysis of transport components. // J. Climate. 2016. № 29. 5061-5081. Doi:10.1175/JCLI-D-15-0559.1

10. Афанасенко В.Е., Замолотчикова С. А., Тишин М. И., Зуев И. А. Северо-Чукотский регион / Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток; под ред. Э. Д. Ершова - М.: «Недра», 1989. С. 280-293.

11. Гасанов Ш. Ш. Подземные льды Чукотского полуострова / Сб.: Тр. СВКНИИ СО АН СССР. Вып.10, 1964. С.14-41.

12. Гасанов Ш. Ш. Строение и история формирования мёрзлых пород Восточной Чукотки - М.: «Наука», 1969. 169 с.

13. Буданцева Н. А., Васильчук Дж. Ю., Маслаков А. А., Васильчук А. К., Васильчук Ю. К. Геохимический состав голоценовых повторно-жильных льдов северо-востока Чукотки // Арктика и Антарктика. 2017. № 2. С.34-53

14. Краев Г. Н., Маслаков А. А., Гребенец В. И., Калянто Н. Л. Инженерно-геокриологические проблемы на территориях поселений коренных народов Восточной Чукотки // Инженерная Геология. 2011. №9. С. 52-57.

15. Maslakov A., Kraev G. Erodibility of permafrost exposures in the coasts of Eastern Chukotka // Polar Science. 2016. V. 10. №. 3. P. 374-381.

16. Седов Р.В., С.А. Туренко, А.А. Иванкий Баланс массы ледника Первенец на Чукотском нагорье // Материалы гляциологических исследований 1990. Вып. 69. С. 78-81.

17. Maslakov A., Ruzanov V., Fyodorov-Davydov D., Kraev G., Davydov S., Zamolodchikov D., Streletskiy D., Shiklomanov N. Seasonal thawing of soils in beringia region in changing climatic conditions // Proceedings of Pushchino Permafrost Conference Earth's Cryosphere: Past, Present and Future. 2017. P. 44-45.

18. Маслаков А. А. Результаты исследований сезонного протаивания пород в районе пос. Лорино (Восточная Чукотка) // Арктика и Антарктика. 2017. № 1. С. 127-139.

19. Brock B. W. Shrinking sea ice, increasing snowfall and thinning lake ice: a complex Arctic linkage explained //Environmental Research

Размещено на Allbest.ru