CC BY
35
УДК 551.324.435
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2012. Вып. 4
Д. А. Ганюшкин, И. Г. Москаленко, К. В. Чистяков
ДИНАМИКА МНОГОЛЕТНИХ СНЕЖНИКОВ И СНЕЖНО-ФИРНОВЫХ ПОЛЕЙ МАССИВА МОНГУН-ТАЙГА
1. Понятие «снежник» и актуальность изучения снежников
Согласно определению В. М. Котлякова [1] под снежником понимается «всякое неподвижное скопление снега и льда, сохраняющееся на земной поверхности после ста-ивания окружающего снежного покрова». По времени и длительности существования выделяют три типа снежников: весенние, летние и снежники-перелетки. Последние в свою очередь подразделяются на перелетывающие (существующие не менее одного теплого сезона) и многолетние снежники (неопределенно долго). Изучение многолетних снежников и их динамики актуально по целому ряду причин.
Во-первых, снежники быстро реагируют на климатические изменения, являясь даже более четкими их индикаторами, чем ледники. Высотный пояс развития многолетних снежников соответствует определенному сочетанию тепла и влаги, его смещение вверх или вниз наглядно показывает направленность изменений климата.
Во-вторых, снежники представляют собой необходимый промежуточный этап между существованием сезонного снежного покрова и возникновением ледников, являясь своеобразными зародышами последних. Напротив, малые ледники могут трансформироваться в многолетние снежники, а те в свою очередь становиться летними и т. д., то есть эти процессы обратимы.
Переход ледников в снежники и наоборот осуществляется порой скачкообразно, что может приводить к быстрым изменениям площади оледенения горного района, при этом общая площадь снежно-ледовой поверхности (включая и снежники) может изменяться не столь значительно. По этой причине недоучет снежников может приводить к значительным искажениям реального объема и площади снежно-ледовых ресурсов территории.
В-третьих, наряду с ледниками снежники являются источниками воды и могут играть важную роль в формировании стока.
В-четвертых, существование снежников является не только результатом определенного соотношения тепла и влаги, но и сочетания их с условиями рельефа. Они тяготеют к неровным, контрастным участкам, где имеют место затененность и повышенная концентрация твердых осадков. Расположение снежников, таким образом, является закономерным, часто унаследованным от прежних более холодных эпох, когда оледенение имело большие масштабы и его эрозионная и аккумулятивная деятельность увеличивали контрастность рельефа. Результатом подобной деятельности ледников является создание таких форм рельефа как моренные валы, термокарстовые котловины, каналы маргинального стока, ригельные уступы и т. д., которые активно используются снежниками. Последнее помогает при дешифрировании этих форм на аэрофотоснимках и космических снимках, облегчая их выделение при палеогеографических по© Д. А. Ганюшкин, И. Г. Москаленко], К. В. Чистяков, 2012
строениях. Следует отметить, что снежники не только приспосабливаются к рельефу, но и сами активно его преобразовывают, усиливая его резкость и контрастность, формируя такие отрицательные формы рельефа как нивальные ниши и нивальные кары.
2. Район, цели и методы исследования
Массив Монгун-Тайга (3970,5 м), расположенный на стыке горных сооружений Русского Алтая, Саян-Таннуольской системы и бессточных котловин Монголии характеризуется наличием как современных ледников, так и хорошо выраженного пояса снежников разнообразных морфологических форм. Исследование снежно-ледовых ресурсов массива было начато Ю. П. Селиверстовым в середине 1960-х гг. XX века. С конца 1980-х гг. прошлого столетия массив изучается географами Санкт-Петербургского государственного университета.
За годы непосредственного наблюдения за снежниками массива Монгун-Тайга накоплен значительный объем информации, дополненный имеющимися космическими снимками и аэрофотоснимками разных лет. Были изучены многолетние снежники массива для двух временных срезов — середины 1960-х гг. и 2007-2008 гг. и их изменения в сопряжении с анализом изменения оледенения массива за соответствующий период.
Наблюдения за многолетними снежниками массива Монгун-Тайга за последние десятилетия показывают наличие большой изменчивости, выражающейся в колебании количества снежников, их площади и высотной приуроченности. В то же время за период 1965-2008 гг. проявился общий тренд к уменьшению заснеженности территории, сокращению количества и площади снежников. В последние годы (2009-2010 гг.) наметилась смена тенденции на обратную — увеличилась площадь, мощность и продолжительность залегания снежного покрова, началось возрождение ранее исчезнувших снежников.
Середина 60-х годов — период относительного похолодания и увеличения засне-женности территории, отразившегося и на ледниках массива, испытавших стабилизацию. Картирование и каталогизация многолетних снежников данного периода проводились на основе дешифрирования аэрофотоснимков залета 10 июля 1966 г., с использованием топоосновы масштаба 1:25000 и 1:50000 и программы МартСэ. Анализ полученных данных и сопоставление их с имеющимися наблюдениями показал, что полученная картина не только характеризует снежность территории в период похолодания 1960-х, но и соответствует состоянию многолетних снежников в отдельные наиболее прохладные и снежные годы в 1980-1990-е годы. Поскольку в отличие от ледников, снежники подвержены значительной межгодовой изменчивости, можно говорить, что такая реконструкция показывает также одно из их крайних состояний в рамках этой межгодовой изменчивости.
Состояние многолетних снежников в 2007-2008 гг., изученное авторами на основании непосредственных наблюдений, свидетельствует не только об общей направленности изменений снегозапасов в период 1965-2008 гг., но и противоположное крайнее положение пояса снежников, соответствующее наиболее малоснежным и теплым годам.
В составленных нами каталогах учитывались площади снежников, их экспозиции, морфологический тип, высота верхней точки, высота нижней точки.
3. Морфологические разновидности снежников
Прежде чем переходить к результатам работы, следует уделить внимание вопросу морфологии снежников. Большинство классификаций снежников базируется на основе деления их по происхождению (снежники затенения, навеянные и лавинные), а далее более дробное деление по месту залегания и форме [3, 4].
Применительно к массиву Монгун-Тайга можно говорить о нескольких морфологических типах многолетних снежников, в общем совпадающих с классификацией В. П. Тырышканова [5], разработанной на основе изучения снежников западной части Катунского хребта. В приведенной ниже классификации (табл. 1) мы попытались учесть не только генезис формы рельефа, вмещающей снежник, но и положение снежника относительно склона.
Таблица 1. Виды снежников на территории массива Монгун-Тайга
Вид снежника Местоположение и морфологические особенности Причина образования
поверхностей выравнивания высоко расположенные участки с малыми уклонами (рис. 1) малая абляция (низкие температуры)
бровок плато верхние части крутых склонов платообраз-ных поверхностей выравнивания (рис. 2) повышенная аккумуляция (мете-левый перенос), малая абляция (низкие температуры)
пригребневые навеянные пригребневая часть подветренных склонов альпинотипных горных гребней повышенная аккумуляция, малая абляция (низкие температуры)
приледниковые под крутыми ледниковыми лбами, у краев ледников, иногда без четкой визуальной границы между снежником и ледником повышенная аккумуляция (мете-левый перенос), малая абляция (охлаждающее влияние ледника)
современного моренного рельефа моренные комплексы малой ледниковой эпохи и более молодые осцилляционные валы повышенная аккумуляция, малая абляция (затененное положение)
висячие крутые участки наиболее высоких склонов малая абляция (низкие температуры)
водораздельных склонов малорасчлененные склоны средней и малой крутизны повышенная аккумуляция на подветренных склонах
эрозионные прирусловые участки водотоков повышенная аккумуляция
приозерные пониженные участки озерных котловин повышенная аккумуляция
присклоновые подножья крутых склонов повышенная аккумуляция (лавинное питание)
каровые днища каров повышенная аккумуляция, малая абляция (затененное положение)
троговых долин межморенные понижения днищ долин повышенная аккумуляция
Авторы не включили в классификацию снежники ледников, поскольку положение фирновых пятен на ледниках и конфигурация их зон питания являются предметом отдельного рассмотрения.
По положению относительно склонов массива данные морфологические типы можно свести в три основные группы: приуроченных к подножьям склонов и днищам долин (присклоновые, приледниковые, моренного рельефа, эрозионные, приозерные,
Рис. 1. Снежник поверхности выравнивания в междуречье р. То-лайты и Орта-Шегетей. Фрагмент аэрофотоснимка.
Рис. 2. Снежники бровок плато в междуречье р. Толайты и Орта-Ше-гетей.
каровые, троговых долин), непосредственно залегающие на крутых склонах троговых долин (бровок плато (см. рис. 2) висячие, пригребневые), занимающие водораздельные поверхности (поверхностей выравнивания (см. рис. 2) и водораздельных склонов).
4. Реконструкция снежников массива в 1966 г.
Согласно нашим данным в 1966 г. на территории массива насчитывалось 799 снежников общей площадью 14,69 км2. Более 60% снежников были приурочены к склонам северных, северо-восточных и восточных экспозиций (табл. 2), наибольшие площади занимали снежники на восточных и юго-восточных склонах (около 45% суммарной площади снежников массива).
Таблица 2. Распределение многолетних снежников массива Монгун-Тайга по состоянию на 1966 г. по экспозициям
Экспозиция Число снежников % Суммарная площадь, км2 %
с 134 16,8 1,4 9,5
св 203 25,4 3,0 20,2
в 153 19,2 3,4 23,0
юв 100 12,5 3,2 22,0
ю 64 8,0 1,3 8,7
юз 59 7,4 1,0 7,0
з 25 3,1 0,2 1,6
сз 61 7,6 1,2 8,1
Высотный диапазон распространения снежников составлял 1370 м (от 2470 м до 3840 м). При этом в изменении высоты нижней границы распространения снежников имело место две закономерности. Во-первых, этот уровень при движении с северо-запада на юго-восток массива повышался приблизительно от 2500 м до 3000-3300 м, что вполне логично, так как основные осадки на территории массива связаны с затоками воздушных масс с северо-запада, наветренные склоны главного водораздела массива получают большее количество осадков, тогда как юго-восточная периферия оказывается в его ветровой тени. Во-вторых, наиболее выгодными для существования снежников являлись склоны северных экспозиций, наименее выгодными — юго-западные склоны. Различия в высоте нижней границы распространения снежников на противоположных склонах одних и тех же горных гребней составляют 300-600 м (для склонов северных и южных экспозиций).
Положение верхнего предела распространения снежников лимитировалось несколькими факторами: высотой горного гребня, нижним пределом распространения ледников, а также распространением в массиве участков повышенной крутизны в диапазоне 3300-3700 м. Наличие ледников, как фактора, лимитирующего распространение снежников, приводит к тому, что на несущих оледенение склонах различия в положении верхнего предела распространения снежников на северо-восточных и юго-западных склонах достигают 600 м. Обобщенная схема положения основных высотных уровней гляциально-нивальной зоны массива на склонах различных экспозиций приведена на рис. 3.
В сильно упрощенном и усредненном виде высотный пояс наибольшего распространения снежников в массиве можно представить в виде зоны, ограниченной средней высотой нижней границы снежников и средней высотой верхней границы снежников на склонах данной экспозиции. Как видно из рис. 3, в середине 1960-х пояс снежников опускался ниже всего на северо-восточных склонах, на юго-западных склонах — напротив, поднимался выше всего. Обращает на себя внимание тот факт, что на склонах юго-западной экспозиции пояс снежников достигал наибольшей вертикальной мощности, но это связано не с заснеженностью этих склонов, которая, напротив, была минимальной, а с очень малым развитием на них ледников, почти неограничи-вавших пояс снежников сверху.
с
ю
Рис. 3. Положение снеговых уровней по высоте на склонах разных экспозиций в 1966 г.
1 — фирновая граница на ледниках, 2 — среднее положение концов ледников, 3 — среднее положение нижней границы снежников, 4 — минимальная высота встречаемости снежников.
Таблица 3. Распределение снежников массива Монгун-Тайга по морфологическим типам
в середине 1960-х гг.
Группа морфологических типов Морфологический тип Число Площадь, км2 Средняя высота нижней границы, м Средняя высота верхней границы, м
подножий склонов и днищ долин эрозионные 27 0,48 2781 2878
моренного рельефа 107 0,85 2728 2738
приозерные 4 0,02 2671 2677
троговых долин 8 0,98 2813 2904
присклоновые 116 0,99 2791 2857
каровые 70 2,93 2877 3030
приледниковые 12 0,25 3058 3175
сумма или среднее 344 6,45 2817 2894
крутых склонов троговых долин висячие 137 1,70 2950 3170
бровок плато 75 1,13 3062 3138
пригребневые 43 0,96 3058 3153
сумма или среднее 255 3,79 3023 3124
водораздельных поверхностей водораздельных склонов 159 3,60 2974 3034
поверхностей выравнивания 41 0,81 3117 3182
сумма или среднее 200 4,41 3046 3108
Значительный высотный диапазон встречаемости снежников в середине 1960-х наряду со сложным рельефом территории массива обусловили значительное разнообразие морфологических форм снежников (табл. 3).
Наиболее благоприятные условия для образования снежников имели место на нижних гипсометрических уровнях и в отрицательных ледниковых формах рельефа. Концентрация снега в карах, на днищах трогов, у ледников обеспечивалась лавинной деятельностью, очевидно достаточно интенсивной в этот период.
5. Современные многолетние снежники массива Монгун-Тайга и изменения пояса снежников за последние 40 лет
В 2007-2008 гг. на территории массива насчитывалось 198 снежников суммарной площадью 1,01 км2. Количество снежников по сравнению с серединой 1960-х уменьшилось в 4 раза, а суммарная площадь — почти в 15 раз (рис. 4). В то же время площадь оледенения сократилась за этот же период всего лишь на 30%, с 29,03 км2до 20,27 км2, т. е. абсолютное сокращение площади ледников также было меньше, чем площади снежников. Если предположить, что такая деградация снежников носит характер тренда, то очевидно запаздывание реакции ледников на общее уменьшение снежности на территории массива.
Примечательно, что площадь снежников, унаследованная от середины 1960-х гг., составляет всего 0,45 км2, то есть меньше половины от их современной общей площади. Таким образом, собственно снежники 1966 г. сократились примерно в 33 раза! Остальная площадь снежников 2007-2008 г приходится на образования, возникшие недавно на месте деградировавших ледников.
По сравнению с серединой 1960-х в 2007-2008 гг. возросла контрастность распределения снежников по экспозициям (табл. 4). Для количественной оценки степени экспозиционной контрастности был использован коэффициент экспозиционной кон-
X8 -^
трастности К = , 2
(т - т) 80
где К — коэффициент экспозиционной контрастности, 81 — конкретное значение параметров оледенения (число или площадь снежников), 8 0 — среднее значение параметров оледенения при равномерном распределении по всем экспозициям, т — количество румбов (по экспозициям склонов).
В 1966 г. значения коэффициента экспозиционной контрастности составляли 0,21 для количества снежников и 0,23 для площадей снежников. В 2007-2008 гг. они возросли до 0,28 и 0,38 соответственно. Увеличение контрастности проявилось в усилении различий между наветренными и подветренными склонами. Если в середине 1960-х площадь снежников подветренных северо-восточной, восточной и юго-восточной экспозиций составляла около 65% от суммарной, то по состоянию на 1997-1998 гг. их доля выросла до 72%. Доля наветренных западных экспозиций их сократилась с 12% до 4,5%, что связано с уменьшением количества осадков.
Высотно-экспозиционное распределение снежников показано на рис. 5. По сравнению с серединой 1960-х произошли существенные изменения. Во-первых, произошло отступание вверх пояса снежников на 300-400 м вверх. Так нижняя граница
Рис. 4. Многолетние снежники массива Монгун-Тайга. Условные обозначения: 1 — горные вершины, 2 — горные гребни и водоразделы, 3 — реки, 4 — озера, 5 — ледники, 6 — снежники по состоянию на 1966 г., 7 — снежно-фирновые пятна на ледниках по состоянию на сезоны абляции 2007-2008 г., 8 — снежники по состоянию на 2007-2008 г.
Таблица 4. Распределение снежников по состоянию на 2007-2008 г по экспозициям.
Экспозиция Число снежников % Суммарная площадь, км2 %
с 43 21,7 0,17 16,7
св 57 28,8 0,29 28,5
в 34 17,2 0,07 7,3
юв 32 16,2 0,36 35,8
ю 16 8,9 0,07 7,2
юз 6 3,0 0,01 0,6
з 0 0 0 0
сз 10 5,1 0,04 3,9
встречаемости снежников сместилась с 2450-2700 м до высот 2750-3100 м. Во-вторых, обращает на себя внимание то, что среднее положение нижней границы снежников оказалось выше среднего положения концов ледников. Это означает, что снежники сохранились лишь на горных гребнях между ледниковыми потоками и высоко расположенных скальных выходах и гребнях. В-третьих, пояс снежников стал прерывистым — западные склоны полностью от них освободились. Это связано как с неблагоприятной
С
2400 2600
ю
Рис. 5. Положение снеговых уровней по высоте на склонах разных экспозиций в 2007-2008 гг.
1 — фирновая граница на ледниках, 2 — нижняя граница концов ледников, 3 — среднее положение нижней границы снежников, 4 — нижний предел встречаемости снежников.
для концентрации снега наветренной экспозицией, так и с большой крутизной западных склонов — главной вершины массива, где на этих склонах теоретически могли бы сохраняться снежники за счет большой высоты. С точки зрения высотно-экспози-ционного распределения снежников увеличилась контрастность между наветренными и подветренными склонами массива.
По сравнению с серединой 1960-х гг. к 2007-2008 г. разнообразие морфологических типов снежников значительно уменьшилось (табл. 5), поскольку исчезли полностью приледниковые, приозерные снежники и снежники днищ троговых долин (см. табл. 3). Исчезновение приледниковых снежников связано с уменьшением крутизны ледниковых лбов и выполаживанием как продольного, так и поперечного их профиля, что снизило концентрацию снега у краев ледников. Приозерные снежники и снежники троговых долин прекратили существования в силу своей изначальной малочисленности и низкого гипсометрического положения.
В период неблагоприятных для существования снежников климатических условий последних лет в массиве преобладают снежники, приуроченные к крутым склонам, решающую роль в их возникновении и сохранении играет метелевый перенос и концентрация снега на подветренных склонах. В то же время общее уменьшение заснежен-ности территории привело к резкому сокращению лавинного питания и деградации снежников днищ троговых долин, зависимых от него, в особенности это касается каровых и присклоновых снежников. Подобные изменения морфологической структуры снежников массива, на наш взгляд, свидетельствуют об аридизации климата. Об иссушении климата, вероятно, свидетельствует и общее увеличение контрастности экспозиционного распределения снежников, отмеченное выше.
Таблица 5. Распределение снежников массива Монгун-Тайга по морфологическим типам
в 2007-2008 гг.
Группа морфологических типов Морфологический тип Число Площадь, км2 Средняя высота нижней границы, м Средняя высота верхней границы, м
подножий склонов и днищ долин эрозионные 7 0,03 3014 3086
моренного рельефа 10 0,03 3119 3146
присклоновые 4 0,02 3168 3189
каровые 18 0,12 3228 3290
сумма или среднее 39 0,20 3132 3178
крутых склонов троговых долин висячие 60 0,24 3306 3402
бровок плато 38 0,16 3290 3326
пригребневые 24 0,04 3340 3378
сумма или среднее 122 0,45 3200 3249
водораздельных поверхностей склоновые 37 0,36 3288 3320
поверхностей выравнивания 2 менее 0,01 3385 3415
сумма или среднее 39 0,36 3337 3368
6. Динамика фирновой границы ледников
Хорошо согласуется со сдвигом вверх пояса снежников и изменения фирновой зоны ледников. Если в середине 1960-х средневзвешенная по площади ледников высота фирновой границы составляла 3350 м, а фирновая граница прослеживалась на всех ледниках массива, то на 2007-2008 г. она поднялась до уровня 3595 м, причем фирн прослеживался не на всех ледниках массива, а бывшая единой зона питания ледников комплекса главной вершины превратилась в группу фирновых пятен, не всегда связанных друг с другом, поэтому высота 3595 м соответствует уровню, выше которого более 50% ледниковой поверхности покрыто фирном. Фактически, эти фирновые пятна — те же снежники, но на ледяной поверхности. Видимо, с охлаждающим влиянием ледниковой поверхности связана меньшая (на 50-150 м) величина подъема фирновой границы по сравнению с нижней границей снежников.
Известная величина подъема фирновой границы в период 1966-2008 гг. (примерно 250 м) соответствует повышению летней температуры на 1,5°С (исходя из высотного градиента температуры 0,6°С/100 м) при сохранении такого же количества осадков, или уменьшению годового количества осадков на 450 мм (по соотношению М. В. Тронова 180 мм на 100 м изменения высоты снеговой границы [6]) при той же температуре. Факт значительного сокращения осадков подтверждается наблюдениями нескольких последних лет. Однако при годовом количестве осадков чуть более 300 мм в привершинной части массива (по данным середины 1990-х) и еще меньшем количестве на меньших высотах, абсолютная величина сокращения осадков на 450 мм невозможна. Очевидно, подобное соотношение не вполне соответствует аридным районам Алтая, также едва ли можно говорить об одинаковой абсолютной величине уменьшения осадков на разных высотах ,так как само количество осадков с высотой изменяется нелинейно.
Резкое улучшение условий снегонакопления в последние два года привели к восстановлению снежников на высотных уровнях, наблюдавшихся в середине 1990-х, что соответствует промежуточному состоянию между состоянием снежников в середине 1960-х и в 2007-2008 гг. Анализ и сравнение изменения высотного положения фирновой границы и многолетних снежников за последние четыре десятилетия позволяет прийти к выводу, что при кратковременных климатических колебаниях вертикальный диапазон изменения высоты границы пояса снежников массива на 50-150 м превышает соответствующий диапазон изменения высоты фирновой границы на ледниках, поскольку снежно-фирновые поля в зоне питания ледников, как более масштабные образования, имеют больший срок релаксации и не успевают в полной мере отреагировать на кратковременные флуктуации условий снегонакопления. Реакция ледников на подобные флуктуации соответствует расчетному изменению высоты границы питания в среднем на 180 м меньшему, чем реально наблюдавшемуся на ледниках.
Литература
1. Котляков В. М. Избранные сочинения в шести книгах. Книга 2. Снежный покров и ледники Земли. М.: Наука, 2004. 448 с.
2. Перов В. Ф. Снежники, лавины и мерзлотный рельеф Хибинских гор. М.: Наука, 1968. 119 с.
3. Шульц В.Л. Таяние снежников в горах Средней Азии. Ташкент: Изд-во АН УзССР, 1956. 351 с.
4. Тырышканов В. П. Морфология снежников западной части Катунского хребта // Гляциология Алтая, 1976. Вып. 11. С. 98-102.
5. Тронов М. В. Проблема гляциоклиматических показателей. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1978. 166 с.
Статья поступила в редакцию 29 июня 2012 г.
