CC BY
7
Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов
УДК 911 Б01: 10.24412/1728-323Х-2024-1-44-49
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕРЗЛОТНО-ЛАНДШАФТНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ
Л. И. Зотова, кандидат географических наук, доцент, старший научный сотрудник, географический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова, zotlar@mail.ru, г. Москва, Россия, С. В. Мариняк, бакалавр, географический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова, sofiya.marinyak@mail.ru, г. Москва, Россия
Аннотация. Рассматриваются взаимосвязи пространственного распространения мерзлоты и ландшафтов высокоширотных территорий РФ на зонально-региональном уровне исследований. Проанализированы различные подходы выделения южной границы Арктики. Предложен и обоснован альтернативный вариант ее проведения, который включает пять ландшафтно-экологических макрорегионов России по А. Г. Исаченко в зональных границах тундры и лесотундры, без бореальной зоны. Это позволило дифференцировать фоновые природные условия Арктики (климатические, мерзлотные и ландшафтные характеристики), в которых осуществляется хозяйственная деятельность человека. Акцент сделан на долготно-секторные изменения ландшафтов, зависящие от континентальности климата. Составлена обзорная картосхема мерзлотно-ландшафтных макрорайонов Российской Арктики с рядом основных вариантов проведения ее южной сухопутной границы. На примере двух тестовых участков «Печора» и «Индигирка» выявлены отличия ландшафтно-климатических и геокриологических характеристик в западном и восточном секторах Российской Арктики.
Abstract. The relationships between the spatial distribution of permafrost and landscapes of the Russian Federation high-latitude territories at the zonal-regional research level are considered. Various approaches to identifying the southern border of the Arctic are analyzed. An alternative version of its implementation has been proposed and justified, which includes five landscape-ecological macroregions of Russia according to A. G. Isachenko within the zonal boundaries of the tundra and forest-tundra, without the boreal zone. This made it possible to differentiate the Arctic background natural conditions (climatic, permafrost and landscape characteristics) in which human economic activity is carried out. The emphasis is on longitudinal-sectoral landscapes changes, depending on the climate continentality. An overview map of the Russian Arctic with a number of the main options for drawing its southern land boundary has been made. In the case study of two test sites "Pechora" and "Indigirka", the differences in landscape-climatic and geocryological characteristics in the western and eastern sectors of the Russian Arctic were revealed.
Ключевые слова: Российская Арктика, геоэкология, вечная мерзлота, криолитозона, криогенные ландшафты, криогенные процессы.
Keywords: the Russian Arctic, geoecology, permafrost, cryolithozone, cryogenic landscapes, cryogenic processes.
Введение. Главной особенностью Арктики, ставящей ее в особое положение по сравнению с другими регионами России, является хрупкость и уязвимость ее природных систем. Суровый климат, почти повсеместное распространение много-летнемерзлых пород, низкая способность к самоочищению, медленное самовосстановление после нарушения и др. — определяют повышенную чувствительность природной среды и суть проблем природопользования на Крайнем Севере. Именно ландшафты являются наиболее уязвимым компонентом природы при вмешательстве человека. Их нарушение или изменение влечет за собой реакцию мерзлотных условий. Для выбора стратегии освоения территории необходим анализ взаимосвязи ландшафтов и мерзлоты на различных уровнях исследований — зональном, региональном, локальном [1]. Это поможет выявить
наиболее уязвимые компоненты природы. Первым этапом анализа является изучение взаимосвязи пространственного распространения мерзлоты и л андшафтов «сверху», другими словами — мерзлотно-ландшафтной дифференциации высокоширотных территорий РФ на зонально-региональном уровне исследований.
О границах Арктической зоны России. В статье рассматриваются сухопутные территории Арктической зоны России, включающие островную и материковую сушу. Как известно, существуют различные подходы выделения южной границы Арктики [2, 3]. Если кратко перечислять, то это астрономический подход (проведение южной границы по Северному Полярному кругу (66°33'' с. ш.), климатический (изотерма июля 10 °С, а величина радиационного баланса 10—15 ккал/см2 в год), физико-географический, основанный на классифи-
1 — Восточно-Европейский макрорайон I — тестовый участок «Печора»
2 — Западно-Сибирский макрорайон II — тестовый участок «Индигирка»
3 — Среднесибирский макрорайон
4 — Восточно-Сибирский макрорайон
5 — Дальневосточный макрорайон
Рис. 1. Южная сухопутная граница Российской Арктики, рассматриваемая в работе
кации л андшафтов и зональной дифференциации территорий, социально-экономический (с учетом сохранения целостности входящих в нее административных образований). Весьма востребован подход установления южной границы с учетом дискомфортности условий проживания, поскольку он определяет величину северных коэффициентов. Этот подход основан на широком спектре показателей (сумме отрицательных температур воздуха, продолжительности отопительного периода, ультрафиолетовой недостаточности и пр.). В мировом сообществе общеприняты еще две южные границы Арктики — CAFF (Conservation of Arctic Flora and Fauna) и AMAP (The Arctic Monitoring and Assessment Programme), которые проходят значительно южнее границ, основанных на природных факторах [3]. CAFF — граница по сохранению арктической флоры и фауны, соответствует северной границе произрастания лесов на суше и максимальной протяженности морского льда на море. AMAP-граница проводится с учетом расположения безлесных территорий к северу от июльской изотермы +10°.
В России границы Арктики закреплены на законодательном уровне. В настоящее время ее границы определены указом Президента Россий-
ской Федерации № 296 от 13 мая 2019 года «О сухопутных территориях Арктической зоны Российской Федерации». В этих границах российская часть Арктики составляет 18 % территории Российской Федерации — 3,1 млн км2 [4].
Для изучения взаимосвязи пространственного распространения мерзлоты и ландшафтов мы предлагаем альтернативный вариант проведения южной границы Российской Арктики, который включает в ее состав только природные зоны тундры и лесотундры, без бореальной зоны (рис. 1). Именно для учета ландшафтной составляющей были использованы южные границы пяти ланд-шафтно-экологических макрорегионов России, выделенные А. Г. Исаченко (2001), которые представляют собой зонально-секторные территориальные единицы [5]. Каждый из них имеет свою специфику л андшафтной структуры и хозяйственного освоения. В результате предложенная граница проходит по южной границе лесотундры, несколько южнее физико-географической, совпадая лишь в районах Кольского полуострова, восточной части Колымской низменности, Анадырского плоскогорья и Анадырской низменности. В этом случае площадь сухопутной территории Российской Арктики составляет 2,7 млн км2.
Геоэкологические аспекты изучения мерзлотных характеристик. Вдоль арктического побережья России в соответствии с разнообразием климатических и л андшафтных условий распространена мерзлота с большим диапазоном характеристик. Мерзлотные условия, влияющие на геоэкологическое состояние и устойчивость природных комплексов при техногенных нагрузках, а также на надежность работы инженерных сооружений, включают базовые характеристики мерзлых пород: особенности распространения, температурный режим, мощность и криогенное строение (льдосодержание) мерзлых пород, сезонное промерзание и оттаивание и криогенные процессы [1, 4, 6].
Распространение мерзлых пород по площади показывает соотношение мерзлых и талых пород на территории. От этого зависит принятие инженерных и иных хозяйственных решений, т. к. свойства мерзлых и талых пород радикально различны. Это свойство мерзлоты определяет стратегию освоения различных регионов Арктики.
Изменение мощности мерзлоты подчиняется широтной зональности и долготной секторности. В пределах равнин Европейской Арктики, Западной Сибири, приморских низменностей Якутии наблюдается широтное и субширотное увеличение мощности мерзлых пород к северу: в Европейской части — от 0—50 м до 200—300 м, в Западной Сибири — от 0—50 м до 300—500 м, в Якутии — от 300—500 м до 500—700 м. Одновременно с запада на восток, вплоть до прибрежных равнин Восточносибирского моря мощность увеличивается от 0—50 м до более 500 м, а в пределах дальневосточных арктических регионов сокращается до 200—300 м [7]. Характеристики мощности вечной мерзлоты необходимы для оценки протаивания маломощных мерзлых пород и для представлений об опасности деформаций обсадных труб разведочных и эксплуатируемых скважин глубокого бурения в районах газонефтедобычи на территориях с большой мощностью мерзлоты.
Льдистость и криогенное строение пород, их тип и количественные показатели необходимы при прогнозе опасных криогенных процессов, таких как термокарст, термоэрозия, термоабразия, солифлюкция, пучение. Значение льдисто -сти пород входит в формулы по расчету осадок при протаивании и др., что чрезвычайно важно для предотвращения техногенных катастроф.
Температура вечномерзлых пород определяет решение различных мерзлотно-инженерных задач: входит в расчетные формулы, используемые для оценки устойчивости фундаментов любых сооружений — зданий, трубопроводов, скважин
и т. д. Значение температуры определяет тип строительства — с сохранением или оттаиванием мерзлоты, способы применения охлаждающих устройств вокруг зданий и сооружений во избежание аварий.
Долготно-секторные закономерности изменения мерзлотных условий Российской Арктики. Таким образом, Российская Арктика достаточно узкой полосой простирается от Кольского полуострова до Чукотки. В ее пределах отмечается общегеографические закономерности изменения природы — широтная зональность и долготная секторность. Зональность наблюдается не повсеместно. А секторные изменения ландшафтов в зависимости от континентальности климата наблюдаются, напротив, весьма ярко. При этом большой вес в «континентальное» разнообразие вносит зимний климат, а летние погоды относительно одинаковы. Это обстоятельство приводит к тому, что мерзлотные условия изменяются с запада на восток так, что в этом направлении значительно понижаются температуры пород и увеличивается их мощность, а относительная летняя стабильность климата определяет малую изменчивость сезонноталого слоя в одинаковых ланд-шафтно-грунтовых условиях [7].
В Восточно-Европейском макрорайоне (Мало- и Большеземельская тундра) на фоне увеличивающейся суровости зимнего климата возрастает площадь мерзлоты с 50 до 95%. В ее пределах уже следует объяснить сохранение талых участков. Причин этому несколько. На первом месте стоит отепляющее влияние поверхностных вод — рек и озер. Затем следует мощный снежный покров, который накапливаясь в понижениях, оврагах, долинах ручьев, препятствует зимнему охлаждению. Талые породы сохраняются и в песчаных грунтах, т. к. в них относительно мало влаги, и они хорошо прогреваются в летнее время. Температура мерзлых пород в этой ч асти Арктики разнообразна. Она изменяется от —1 °С д о —3 °С. Ее значение определяется особенностями ландшафтов. Самые низкие температуры минус 2,5—3 °С наблюдаются в торфяниках. В кустар-ничковой тундре, сложенной суглинками, она равна —1...—1,5 °С. Основными факторами, влияющими на дифференциацию температур мерзлых пород, являются климат, рельеф, растительность, дренированность поверхности. При этом ведущим фактором являются условия снегонакопления, связанные с особенностями мезо- и микрорельефа и высотой растительного покрова, обуславливающие глубину залегания кровли м ер-злых пород. Льдистость мерзлых пород разнообразна. Она может достигать 40 % объема суглинистых пород, или уменьшаться до 20 % в песках.
На локальных площадях, которые не выделяются на мелкомасштабных картах, она может быть значительно больше 40 %, например, в торфе или в промерзающих озерных отложениях. Как раз с последними связано развитие полигонально-жильных льдов, которые образуются в моро-зобойных трещинах, заполняемых весной и летом водами. Последние промерзают в мерзлых породах в виде вертикальных клиньев и жил. Мощность полигонально-жильных льдов достигает 1—3 м. В лесотундре встречаются бугры пучения.
В Западно-Сибирском макрорайоне мерзлые породы имеют сплошное и прерывистое распространение. Распределение их температур подчиняется зональности. На самом севере (п-ова Ямал, Гыдан) она ниже —7 °С, к югу возрастает до —5 °С и —3 °С. В прерывистых мерзлых породах она равна —1...—3 °С. Тенденция повышения температур определяется, прежде всего, широтной климатической зональностью. Однако и ландшафты оказывают значительное влияние на ее формирование. Повсеместно в торфяниках температура наиболее низкая, в болотах высокая. Льды в мерзлых породах весьма разнообразны. В минеральных грунтах льдистость чаще всего больше 40 %. Характерной особенностью Западно-Сибирской м ерзлоты является широкое распространение пластовых льдов. Они наблюдаются в обнажениях на морском побережье, в долинах рек, оврагов, озер. Эти льды имеют протяженность в несколько сот метров, мощность до 10—30 м и залегают как близко к поверхности, так и на больших глубинах. Ледяные жилы чаще всего встречаются на севере, на полуостровах, их мощность изменяется от 1,5—2 м до 4—5 м [8].
К востоку от р. Енисей, в Среднесибирском макрорайоне мерзлотные условия становятся все более суровыми и разнообразными. Этому способствуют климат, рельеф и ландшафты в целом. Но на всей этой территории наблюдается только сплошное распространение мерзлоты. Самые низкие температуры, ниже минус 11 °С, фиксируются в горах. На Таймыре это среднегорья, а восточнее и низкогорья. На крайнем северо-востоке (Анадырский хребет, Чукотка) температура горных мерзлых пород повышается до —9...—5 °С в соответствии с относительно более мягким морским климатом. На равнинах восточной криоли-тозоны она не поднимается выше —5 °С. В пределах Северо-Таймырской низменности и на Чукотке она равна —5...—7 °С.
На арктическом побережье Чукотки рыхлые отложения представлены аллювиальными, озер-но-аллювиальными и озерными отложениями супесчано-суглинистого состава, которые харак-
теризуются высокой льдистостью — 50—60 %. Повсеместно распространены полигонально-жильные льды, залегающие на скальном основании. На льдистых отложениях повсеместно развивается термокарст, образуя многочисленные термокарстовые озера. В акватории последних формируются озерные отложения, которые, в свою очередь, промерзают на участках, где глубина озер менее 2 м.
В Дальневосточном макрорегионе, в пределах приморских равнин Северо-Востока широкое распространение имеют мощные полигонально-жильные льды. Их высота может достигать 15—25 м, ширина 4—5 м. Вместе со льдом пород, вмещающих эти ледяные жилы, общее содержание льда может достигать 50—70 %. Это означает, что при протаивании таких мерзлых толщ высота низменных равнин уменьшается на столько, что может быть затоплена морем. Причиной столь большой льдистости является накопление насыщенных водой осадков в течение многих тысяче -летий в условиях ежегодного их промерзания и переход в вечномерзлое состояние [7, 8]. Наряду с мощными ледяными жилами при промерзании озер формируются крупные ледяные бугры пучения — булгунняхи высотой до 30 м.
Таким образом, основные закономерности изменения мерзлотных условий Российской Арктики заключаются в том, что с запада на восток увеличивается площадь мерзлых толщ, понижается их температура, увеличивается льдистость и разнообразие подземных льдов. Диапазон этих изменений велик. Площадь, занимаемая мерзлотой, возрастает с 5—10 % до 95 %, температура понижается от —0,2—0,5 °С до —12—15 °С, количество льда в породах от первых процентов до 50—80 %. Внутри крупных регионов наблюдается широтная зональность всех мерзлотных характеристик. Эти различия усугубляются рельефом. Равнинная мерзлота значительно более льдистая, чем горная. В горах Арктики распространена только сплошная низкотемпературная мерзлота. Можно заключить, что долготно-секторные различия арктической мерзлоты немногим уступают широтной зональности в криолитозоне России.
Зонально-секторные закономерности проявления ведущих криогенных процессов. Сопоставление мерзлотно-ландшафтной структуры тестовых участков на Европейском Севере и в Восточно -Сибирском макрорайоне позволило заключить, что в западном секторе криолитозоны криогенные процессы более дифференцированы по ландшафтам, в сравнении с восточным сектором. Геокриологические подзоны соответствуют природным, а именно: зона тундры — подзоне сплошного распространения многолетнемерзлых по-
Таблица 1
Мерзлотно-ландшафтная дифференциация Восточно-Европейского и Восточно-Сибирского макрорайонов РФ
Параметры сравнения Восточно-Европейский макрорайон Восточно-Сибирский макрорайон
Распространение ММП Подчинено широтной зональности Однородное
Наиболее характерные типы местности Ледово-морские равнины — 50 % Межаласные и аласные — 68 %
Ведущие криогенные процессы и явления Термокарст, термоэрозия, солифлюк-ция, бугры пучения Морозобойное растрескивание, термоабразия, бугры пучения, ПЖЛ
Среднегодовая температура пород наиболее «холодных» и «теплых» ландшафтов —1,5...—3 °С — типично тундровые заболоченные л андшафты в зоне сплошного распространения ММП; —0,5...—1,5 °С — лесотундровые водно-ледниковые, аллювиальные, болотные и денудационные ландшафты —10...—13 °С — арктотундровые ме-жаласные типы м естности и м арши; —2...—6 °С — лесотундровые аллювиальные ландшафты
Льдистость В основном 0,2—0,4. Более 0,4 лишь в торфе и промерзающих озерных отложениях Более 0,4. В местах распространения мощных полигонально-жильных льдов может достигать 0,95
род, подзона северной лесотундры — подзоне их прерывистого распространения, подзона южной лесотундры — подзоне массивно-островного распространения многолетнемерзлых пород [6]. Сжатость ландшафтно-климатических зон с севера на юг, частое чередование ландшафтов предопределяют сложную мерзлотно-ландшафтную дифференциацию Восточно-Европейского макрорайона. Таким образом, спектр криогенных процессов и явлений здесь изменяется широтно, следуя за природной зональностью.
Сплошность мерзлоты определяет набор рель-ефообразующих процессов. В западном секторе Арктики наиболее типичны сезонное и многолетнее пучение, морозобойное растрескивание, термокарст, солифлюкция, термоэрозия, термоабразия, которые имеют хоть и достаточно широкое распространение, но в естественных условиях не активны. В восточном секторе ведущую роль приобретает морозобойное растрескивание.
Кроме того, большую роль в распространении криогенных процессов играет генезис ландшафта. Так, в пределах Восточно-Европейского макрорайона широко распространены леднико-во-морские равнины, для которых не характерно большое разнообразие и интенсивность криогенных процессов. Напротив, для Восточно-Сибирского макрорайона наиболее характерны межалас-ные и аласные типы местности (68 % от площади всех ландшафтов) с интенсивным проявлением криогенных процессов и широким распространением мощных полигонально-жильных льдов.
Таким образом, главные различия в характере криолитозоны севера России обнаруживаются между западным и восточным секторами регио-
на. Анализ их мерзлотно-ландшафтных особенностей по тестовым участкам, расположенным в низовьях рек Печора и Индигирка, выявил ряд отличий, представленных в таблице 1.
Выводы
1. Для изучения взаимосвязи «мерзлота— ландшафт» с целью геоэкологических исследований в пределах Арктической зоны РФ целесообразно включать в ее состав только природные зоны тундры и лесотундры, без бореальной зоны в границах ландшафтно-экологических макрорегионов России по А. Г. Исаченко (2001), которые представляют собой зонально-секторные территориальные единицы.
2. Для Российской Арктики характерно долго-тно-секторное изменение мерзлотных условий. Основные закономерности заключаются в увеличении с запада на восток площади распространения мерзлых пород (от менее 10 % до более 95 %), понижении их температуры (от +2 °С до —11 °С и ниже), увеличении льдистости от 20 % до 40 % и более.
3. В западном секторе Российской Арктики криогенные процессы более дифференцированы по ландшафтам, в сравнении с восточным сектором. В Восточно-Европейского макрорайоне спектр криогенных процессов и явлений изменяется широтно, следуя за природной зональностью. В восточном секторе эта особенность не прослеживается ввиду относительно однородного распространения мерзлых пород в его пределах. В западном секторе наиболее типичны такие процессы, как термокарст, термоэрозия, солифлюк-ция и пучение, в восточном секторе ведущую
роль приобретает морозобойное растрескивание. Набор ведущих криогенных процессов определяют сплошность мерзлоты и отчасти г енезис ландшафта.
Благодарности. Статья подготовлена в рамках госбюджетной программы «Эволюция криосферы при изменении климата и антропогенном воздействии» № 121051100164-0.
Библиографический список
1. Тумель Н. В., Зотова Л. И. Геоэкология криолитозоны: учеб. пособие для бакалавриата и магистратуры. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Юрайт, 2017. — 220 с.
2. Лукин Ю. Ф. Концептуальные подходы к определению внутренних границ и развитию Российской Арктики в изменяющемся мире // Арктика и Север. — 2012. — № 6. — С. 1—16.
3. Мартынов В. Л., Кузин В. Ю. Границы Арктики и границы в Арктике // Арктика. XXI век. Гуманитарные науки. —
2018. — № 2 (16). — С. 4—17.
4. Атлас «Российская Арктика. Пространство, время, ресурсы». — М.: Фонд «НИР» ООО «Феория», 2019. — С. 248— 254.
5. Исаченко А. Г. Экологическая география России. — СПб.: Изд-во СПб. ун-та. — 2001. — 328 с.
6. Tumel, N.; Zotova, L. Diagnostics and Mapping of Geoecological Situations in the Permafrost Zone of Russia // Geosciences
2019, 9 (8), 353; https://doi.org/10.3390/geosciences9080353
7. Тумель Н. В. Пояснительный текст к серии мерзлотных карт // Российская Арктика в XXI веке: природные вызовы и риски освоения / Н. Алексеевский, С. Добролюбов, В. Тикунов и др. — М.: Фонд «НИР» ООО «Феория», 2013. — С. 54—69.
8. Воскресенский К. С. Современные рельефообразующие процессы на равнинах Севера России. — М.: Изд-во Географического ф-та МГУ, 2001. — 262 с.
GEOECOLOGICAL ASPECTS OF THE RUSSIAN ARCTIC PERMAFROST-LANDSCAPE DIFFERENTIATION
L. I. Zotova, Ph. D. (Geography), Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography; zotlar@mail.ru, Russia, Moscow, S. V. Marinyak, B. Sc. in Geography, Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography; sofiya.marinyak@mail.ru, Russia, Moscow
References
1. Tumel' N. V., Zotova L. I. Geoekologiya kriolitozony: ucheb. posobie dlya bakalavriata i magistratury [Permafrost Geoecol-ogy: Training Aid for Bachelors and Masters]. Moscow, Yurajt. 2017. 220 p. [in Russian].
2. Lukin Yu. F. Konceptual'nye podhody k opredeleniyu vnutrennih granic i razvitiyu Rossijskoj Arktiki v izmenyayushchemsya mire [Conceptual approaches to defining internal borders and development of the Russian Arctic in a changing world]. Arktika & Sever. 2012. No. 6. P. 1—16 [in Russian].
3. Martynov V. L., Kuzin V. Yu. Granicy Arktiki i granicy v Arktike [Borders of the Arctic and borders in the Arctic]. Arktika. XXI vek. Gumanitarnye nauki. 2018. No. 2 (16). P. 4—17 [in Russian].
4. Atlas "Rossijskaya Arktika. Prostranstvo, vremya, resursy" [Atlas "The Russian Arctic. Space, time, resources"]. Moscow, Fond "NIR" OOO "Feoriya". 2019, P. 248—254 [in Russian].
5. Isachenko A. G. Ekologicheskaya geografiya Rossii [Environmental Geography of Russia]. SPb, Izd-vo S-Peterb. un-ta. 2001. 328 p. [in Russian].
6. Tumel' N., Zotova L. Diagnostics and Mapping of Geoecological Situations in the Permafrost Zone of Russia. Geosciences. 2019. No. 9 (8), 353 p. https://doi.org/10.3390/geosciences9080353
7. Tumel' N. V. Poyasnitel'nyj tekst k serii merzlotnyh kart [Explanatory text for the permafrost map series]. Rossijskaya Arktika v XXI veke: prirodnye vyzovy i riski osvoeniya. Moscow, Fond "NIR" OOO "Feoriya". 2013. P. 54—69 [in Russian].
8. Voskresenskiy K. S. Sovremennye rel'efoobrazuyushchie processy na ravninah Severa Rossii [Modern relief-forming processes on the Northern Russia plains]. Moscow, Izd-vo Geograficheskogo f-ta MGU. 2001. 262 p. [in Russian].
