CC BY
331
УДК 528.8
МОНИТОРИНГ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 8/2, доктор биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии; Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры экологии и природо-пользования, тел. (383)363-90-25, e-mail: yakutin@issa.nsc.ru
Александр Николаевич Пучиии
Якутская государственная сельскохозяйственная академия, 677007, Россия, г. Якутск, ул. Красильникова, 15, ассистент кафедры прироодообустройства, тел. (411)235-78-45, e-mail: prof@sakha.ru
Проведен анализ изменения площадей аласов в Центральной Якутии с использованием методов дистанционного зондирования. Делается вывод, что методы дистанционного зондирования в будущем должны стать основными для оценки коэффициентов аласности территорий Южной и Центральной Якутии.
Ключевые слова: Центральная Якутия, мониторинг, дистанционные методы зондирования, алас, площади, динамика.
MONITORING OF THERMOKARST FORMATION IN CENTRAL YAKUTIA WITH THE USE OF REMOTE SENSING TECHNIQUES
Mikhail V Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev, ScD, assistant professor. senior researcher in biogeocenology laboratory; Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., professor of department of ecology and wildlife management, tel. (383)363-90-25, e-mail: yakutin@issa.nsc.ru
Alexander N. Puchnin
Yakutsk state agricultural academy, 677007, Russia, Yakutsk, St. Krasilnikova, 15, assistant of the department of prirodoobustroystva, tel. (411)235-78-45, e-mail: prof@sakha.ru
In Central Yakutia the analysis alas area changes with the use of remote sensing techniques is conducted. It is concluded that remote sensing techniques in the future should become the basic for estimation of the coefficients of glasnosti territories of southern and Central Yakutia.
Key words: Central Yakutia, monitoring, remote sensing methods, alas, square, dynamics.
Центральная Якутия - одна из наиболее холодных провинций Средней Сибири. Центральная Якутия располагается в умеренной зоне. В ней выделяются два района: Лено-Вилюйский и Алданский. Лено-Вилюйский район занимает равнинную территорию, по сравнению с субарктической зоной более защищенную с востока и северо-востока от холодных
вторжений. Регионом с наиболее засушливым климатом здесь является Центрально-Якутская равнина [1].
Важное значение в развитии ландшафтов Якутии имеет вечная мерзлота, мощность которой изменяется от 100 до 450 м. Сквозные талики существуют под руслами рек Лены, Вилюя, Алдана и под крупными озерами высоких террасовых уровней. Вечная мерзлота препятствует выщелачиванию солей из почв и даже способствует их накоплению, и в тоже время она создает условия для формирования таежных почв и растительности. Постепенно оттаивая в течение лета, мерзлотные горизонты снабжают почву влагой, что и обусловливает возможность существование древесной растительности [1].
Неповторимую особенность природы Якутии составляют аласные ландшафты [2]. Алас (в Западной Сибири - хасырей) - плоская котловина размером до нескольких десятков км2, возникающая в области льдистых многолетнемерзлых льдов и неравномерного оседания грунтов (термокарст) [3]. Подобные интразональные ландшафты криолитозоны широко распространены в Северной Америке [4, 5, 6].
Аласы Центральной Якутии представляют собой динамичную систему тесно связанную с изменениями климата. Важнейшей характеристикой аласов является структура, возраст и обводненность аласных отложений [2]. Центральная часть аласа занята обычно озером, вокруг которого поясами развиты болотная, луговая и остепненная растительность и соответствующие им почвы. Глубина аласов - от 2 до 30 м в зависимости от мощности вытаявшего ледового комплекса. Аласы занимают значительные площади в Центральной Якутии (например, в Лено-Амгинском междуречье - 20-30%)
[7].
Своим образованием аласы обязаны ледовому комплексу, который является основой рельефа Якутии в зоне средней и северной тайги. Этот комплекс сформировался как результат сурового и влажного климата плейстоцена и сохраняется благодаря современным экстраконтинентальным климатическим условиям. В верхнем плейстоцене и голоцене вследствие колебаний климата произошла частичная деградация ледового комплекса, связанная с его протаиванием и образованием отдельных термокарстовых котловин. В современных условиях вследствие аридизации климата Центральной Якутии развитие природного термокарста сильно замедлено.
Аласный рельеф в Центральной Якутии развит в основном в пределах Вилюйской впадины и Приверхоянского краевого прогиба Сибирской платформы, в области накопления мощной толщи мезозойских и кайнозойских отложений, преимущественно континентальных [7].
Глобальные изменения климата на Земле проявляются и на территории Центральной Якутии. На протяжении последних 100 лет наблюдается устойчивая тенденция к увеличению среднемесячных температур воздуха. Наблюдается также незначительное общее увеличение суммарного количества осадков. При сохранении этих тенденций мы вправе ожидать увеличение скоростей деградации ледового комплекса и общую активизацию процессов, ведущих к развитию аласов [8].
2
По прогнозам повышение температуры воздуха на севере России на 1,5-2,0оС приведет уменьшению современных размеров криолитозоны в результате отступания ее южной границы на север на 150-200 км и более. Произойти это может уже к середине XXI века [9].
Космический снимок содержит подробную информацию о состоянии объектов земной поверхности в момент съемки. Особенность работы с космическими снимками связана с отличительными свойствами самих космических снимков - их большой обзорностью и генерализованностью изображения, одновременным отображением на снимках всех компонентов ландшафта. Для дешифрирования снимков используют специальные методы и дополнительные данные, полученные из различных источников - карт, отчетов о полевых исследованиях и ранее полученных результатов анализа снимков той же территории [10].
В данной работе при составлении мерзлотно-ландшафтной картосхемы были использованы методика экспертного дешифрирования и космические снимки высокого разрешения КА landsat 7 ЕТМ от 10.07.2000 и landsat 5 ТМ от 21.08.2009 (30 м) в проекции WGS - 84, программа MapInfo и карты масштаба 1:200000. Общая площадь аласов рассчитывалась в программе Excel. Коэффициент аласности рассчитывался по отношению суммы площадей всех аласов к площади всей территории [11].
Подсчет суммарной площади аласов дает общую картину термокарстового разрушения многолетнемерзлых пород (ММП). С целью установления общей площади нарушения устойчивости ММП термокарстом в данной работе сделана попытка дать количественную оценку характера распространения термокарстовых котловин в пределах Лено-Вилюйского междуречья. Выбранный нами район общей площадью 3588,9 км2 представляет собой типичный для Лено-Вилюйского междуречья тип местности.
Для выявления характеристик распространения аласов введен термин «аласность», под которым понимается отношение суммы площадей аласов к площади всей территории. Полученный результат выражается в процентах. Площадь аласа - это вся площадь дна котловины или долины, т.е. площадь поверхности озера вместе с площадью лугового пространства, которая показывает площадь разрушения ММП термокарстовыми процессами в голоценовое время [12].
На основе построенной мерзлотно-ландшафтной картосхемы была рассчитана общая площадь аласов и водных объектов. На исследованной территории общая площадь аласов составила 303,8 км2, водных объектов 25,1 км2. На основании этих расчетов был вычислен коэффициент аласности для данного района, который составил 8,46 % [13, 14].
Ранее для данной территории и по этой же методике, но с использованием аэрофотоснимков и карт масштаба 1:100000, был рассчитан коэффициент аласности. Площадь аласов измеряли палеткой, коэффициент аласности при использовании этих материалов составил около 1% [12].
Отображение этапов развития рельефа в особенностях его морфологии и в других компонентах природной среды позволяет изучать динамику рельефа. Такой анализ позволяет судить об относительном возрасте рельефа, который непосредственно по снимкам не устанавливается. Отсюда вытекает целесообразная последовательность изучения рельефа по космическим снимкам: морфология и морфометрия - генезис и динамика - относительный возраст и этапы развития [15].
Из анализа двух космических снимков высокого разрешения (landsat 7 ЕТМ от 10.07.2000 и landsat 5 ТМ от 21.08.2009) было установлено, что общая площадь разрушение многолетнемерзлых пород на 2000 год на исследуемом участке составляла 177,8 км2. К 2009 году площадь разрушения составила 178,9 км2. Таким образом, площадь аласов на исследуемой территории увеличилась за период с 2000 по 2009 годы на 1,1 км2, т.е. 0,6%. На картосхеме (рис. 1) представлен фрагмент наложения двух карт (за 2000 и 2009) разрушения многолетнемерзлых пород.
Рис. 1. Фрагмент картосхемы динамики разрушения межаласного пространства. Масштаб 1 : 50 000 (1 - термокарстовые понижения на 2000 г., 2 - термокарстовые понижения на 2009 г., 3 - территории с ненарушенной
многолетней мерзлотой)
Таким образом, использование методов дистанционного зондирования позволяет с большой точностью и в короткие сроки проводить мониторинг
4
состояния термокарстовых образований на большой территории. Этот метод в будущем должен стать основным для оценки коэффициентов аласности территорий Южной и Центральной Якутии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гвоздецкий Н.А. Физическая география СССР. Азиатская часть / Н.А. Гвоздецкий, И.И. Михайлов. - М.: Мысль, 1970. - 543 с.
2. Саввинов Д.Д. Почвы Якутии: Проблемы рационального использования почвенных ресурсов / Д.Д. Саввинов. - Якутск: Кн. изд-во,1989. -152 с.
3. Геокриологический словарь / под ред. В.В. Баулина, В.Э. Мурзаевой - М.: Геос, 2003. - 139 с.
4. Stuart A.H. Causes and consequences of rapid thermokarst development in permafrost or glacial terrain / A.H. Stuart // Permafrost Periglac. Process. - 2002. - V. 13. - P. 237-242.
5. Agafonov L. Thermokarst dynamics in Western Siberia: insights from dendrochronological research / L. Agafonov, H. Strunk, T. Nuber // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. - 2004. - V. 209. - P. 183-196.
6. Soare R.J. Thermokarst processes and the origin of crater-rim gullies in Utopia and western Elysium Planitia / R.J. Soare, J.S. Kargel, G.R. Osinski, F. Costard // Icarus. - 2007.- V. 191. - P. 95-112.
7. Десяткин Р.В. Почвы аласов Лено-амгинского междуречья / Р.В. Десяткин. -Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1984. - 168 с.
8. Пучнин А. Н., Якутии М. В. Изменения климата Центральной Якутии в XX веке и эволюция аласных экосистем // ГЕ0-Сибирь-2008. IV Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 5 т. (Новосибирск, 22-24 апреля 2008 г.). - Новосибирск: СГГА, 2008. Т. 3, ч. 2. - С. 114-118.
9. Конищев В.Н. Современные тенденции развития криолитозоны / В.Н. Конищев // Современные глобальные изменения природной среды. В 2-х томах. Т. 1. - М.: Научный мир, 2006. - 696 с.
10. Чандра А.М. Дистанционное зондирование и географические информационные системы / А.М. Чандра, С.К. Гош. - М.: Техносфера, 2008. - 312 с.
11. Босиков Н.П. Аласность Центральной Якутии / Н.П. Босиков // Геокриологические условия в горах и на равнинах Азии. - Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 1978. - С. 113-118.
12. Саввинов Д.Д. Аласные экосистемы: структура, функционирование, динамика/ Д.Д. Саввинов, С.И. Миронова, Н.П. Босиков [и др.] - Новосибирск: Наука, 2005. - 264 с.
13. Пучнин А. Н., Якутин М. В. Экологический мониторинг аласных экосистем с использованием методов дистанционного зондирования // ГЕО-Сибирь-2009. V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). -Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 4, ч. 2. - С. 48-53.
14. Якутин М. В., Пучнин А. Н. Мониторинг термокарстовых образований в Центральной Якутии с использованием методов дистанционного зондирования // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2010. - № 1. - С. 29-34.
15. Книжников Ю.Ф. Аэрокосмические методы географических исследований: учеб. для студ. высш. учеб. заведений. / Ю.Ф. Книжников, В.И. Кравцова, О.В. Тутубалина. -М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 336 с.
© М. В. Якутин, А. Н. Пучнин, 2014
