CC BY
0СЕКЦИЯ СТРОЕНИЕ И ДИНАМИКА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
ёо1: 10.24412/2687-1092-2024-11-450-456
ГЕОТЕМПЕРАТУРНЫЙ МОНИТОРИНГ КРИОЛИТОЗОНЫ МАГАДАНСКОЙ
ОБЛАСТИ 2021-2024 ГГ.
И Абрамов Д.А.1, Макарьева О.М.23, Землянскова А.А.2'3, Осташов А.А.4, Нестерова
Н.В.4
1 МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия 2 Северо-Восточный государственный университет, Магадан, Россия 3 СПбГУ, Институт наук о Земле, Санкт-Петербург, Россия 4 Государственный гидрологический институт, Санкт-Петербург, Россия
1__1 [email protected]
В 2021-2024 гг. в целях актуализации данных о состоянии многолетнемерзлых пород в Магаданской области развернута региональная сеть термометрических скважин для мониторинга температуры горных пород в различных ландшафтных условиях. Всего к настоящему моменту пробурены 23 скважины глубиной от 5 до 30 м.
Ключевые слова: многолетнемерзлые породы, Магаданская область, региональная сеть мониторинга, термометрические скважины
В связи с развитием инфраструктуры в северных регионах страны и современным изменением климата актуальной задачей становится мониторинг температуры многолетнемерзлых пород (ММП). Отмечается недостаток знаний о трансформации толщ ММП под воздействием естественных и антропогенных изменений природно-климатических условий \Melmkov et а1., 2022], который проявляется в увеличении экологического и экономического ущерба в криолитозоне.
Магаданская область (МО) является зоной повсеместного распространения ММП, за состоянием которых были организованы наблюдения на метеорологических станциях и охватывали большую часть области. В 90-е годы прошлого века сеть была сокращена до
двух пунктов, а глубина наблюдений до 3,2 м, что недостаточно для территории
2 и
площадью более 450 тыс. км . По этой причине необходимо возобновить и поддерживать сеть фонового геокриологического мониторинга [Сергеев и др., 2016], на основании которой возможно осуществлять качественный мерзлотный прогноз, необходимый при проектировании сооружений в зоне ММП.
В настоящее время в соответствии с поручением президента РФ Пр-1971 от 16.10.2021 организуется государственная система мониторинга состояния многолетней мерзлоты. В рамках данной программы предполагается создание не более 5 пунктов наблюдения в Магаданской области. Программа в регионе будет реализована не раньше 2025 г. Помимо этого, в вышеуказанной программе обустройство пунктов наблюдения предполагается вблизи существующих метеостанций. Практически все станции находятся в долинах рек, что не репрезентативно для горной части региона, где наблюдается разнообразие климатических условий
В связи с этим, в 2021 г. начат проект по организации региональной сети мониторинга ММП Магаданской области. Схема расположения скважин представлена на рис. 1., а характеристики в табл. 1.
Рис. 1. Региональная геокриологическая сеть мониторинга Магаданской области 2021-2024 гг. (1 - скважины авторов, 2 - метеостанции Росгидромет, 3 - трасса «Колыма», 4 - Тенькинская
трасса, 5 - граница Магаданской области)
Для измерения температуры пород используются термокосы ООО «Импеданс» (Москва) длиной от 5 до 30 метров, оборудованные герметичными датчиками температуры, а также температурные датчики американской компании «HOBO» - TMCx-HD. Логгеры, подключаемые к вышеуказанным датчикам, обеспечивают автономность работы до 10 лет.
Для наблюдения за метеопараметрами, такими как температура воздуха, количество осадков, скорость и направление ветра, используется оборудование Hobo Onset RG3-M и KESTREL 5000. Приборы устанавливаются вблизи скважин с целью учета микроклимата местности, на высоте 1,5-2,0 м, смотрящими на север во избежание нагрева на солнце.
Снегомерные посты представляют собой фотоловушку со снегомерной рейкой, установленной в репрезентативной для местности точке. Фотографии делаются каждые сутки и в последующем по ним снимается высота снежного покрова, необходимая для интерпретации данных о температуре пород. Также зимой проводятся заверочные измерения высоты и плотности снежного покрова снегомером. Подробное расположение датчиков представлено в статье авторов [Макарьева и др., 2024].
Таблица 1. Характеристики оборудованных скважин, 2021-2024 гг.
№ Название Широта, град Высота , м Тип местности Растительность Глубина скважины, м Среднегодова я температура Глубина оттаивания/ промерзания, м
1 Гольцы 61,8 1182 Горно-привершинны й Отсутствует 15 -3,8 1,9
2 Сопка 60,8 1027 Лишайниковый напочвенный покров с редкими лиственницами и кедровым 15 -3,2 1,3
3 пер. Кулу 61,8 1170 Лишайниковый напочвенный покров с редкими лиственницами и кедровым 15 -2,4 1,3
4 Вертолет 59,6 162 Лиственничное редколесье с кедровым стлаником 30 3 2,5
5 пер. Гербенский 62,0 913 Кедровый стланик с рединами ягеля 15 -2,9 1,8
6 пер. Яблоновый 60,6 930 Лиственничное редколесье с кедровым стлаником 15 -1,3 1,9
7 Ягодное 62,5 567 Кедровый стланик 15 -1,3 4,5
8 пер. Гусакова 60,4 989 Единичные лиственницы с кедровым стлаником 15 -3,8 3
9 Елки 60,8 1121 Единичные лиственницы без напочвенного покрова 15 -4,9 -4,9
10 ГП2 60,9 712 Горнодолинный террасовый Травянисто-осоковый покров с единчиными угнетенными 15 -1,8 0,9
11 Делянкир 63,8 801 Лиственничное редколесье с кедровым стлаником 15 -6,9 -
12 пос. Кулу 61,9 618 Луговая растительность с ивами 15 -2,7 1,7
13 Сокол 59,9 175 Лиственничный лес с кедровым стлаником 30 1,9 2
14 CALM УО 61,1 600 Лиственничное редколесье со сфагнумом 15 -3,6 1
15 Сусуман 62,8 669 Спорадически распространенный сфагнум с травянистой растительностью 5 -4,1 0,8
16 Эликчан 60,8 794 Сфагновая марь 5 -2 0,4
17 Солонцовый 60,9 803 Горнодолинный прирусловой Лиственницы с кедровым стлаником 5 0,6 2,6
18 Наледь 60,9 744 Отсутствует 13 -0,2 3,6
19 Букэсчен 60,7 978 Лиственничный лес с кедровым стлаником 15 -0,6 1,6
20 Верхний 61,8 961 Лиственничный лес с кедровым стлаником и рединами ягеля 15 -0,6 2,6
21 Палатка 60,1 346 Лиственничный лес с кедровым стлаником 30 -0,4 3
22 Школа УО 61,1 580 Тополя, чозении 30 3,4 2,1
23 Бургандя 60,6 670 Лиственничный лес с кедровым стлаником 6 1,9 -
На данный момент обустроено 23 термометрические скважины для наблюдения за многолетней мерзлотой. Скважины находятся на значительном расстоянии друг от друга, в различных ландшафтах. Для анализа региональных особенностей с геокриологической точки зрения было выделено 3 основных типа местности:
1) Горно-привершинный. Горные склоны и вершины хребтов, зачастую лишенные растительности и находящиеся на высоких абсолютных отметках;
2) Горно-долинный прирусловой. Прирусловые части долин рек, где широко влияние грунтовых и поверхностных вод в формировании температурного режима, обычно поймы;
3) Горно-долинный террасовый. Долины, занятые аллювиальными и флювиогляциальными террасами, лишенные постоянных водотоков, зачастую заболоченные.
Большая разница в широте и высоте местности позволяет выявить некоторые особенности высотной поясности и широтной зональности геокриологических
характеристик в регионе (рис. 2, 3). Так, например, для 12 скважин, оборудованных в относительной близости к пос. Усть-Омчуг и пос. Кулу, можно выявить, что наиболее низкая температура пород достигается на вершинах гор, на высоте 1000-1200 м, а также в долинах - на высоте 600-700 м. Такое распределение является результатом инверсионного климата региона, когда холодный воздух с вершин гор спускается в долины. Скважины в интервале 700-1000 м оборудованы в прирусловых ландшафтах, из-за чего сравнивать их с данными других скважин не представляется возможным. По данным Геокриологии СССР [Замолотчикова, Зуев, 1989] потолок инверсии (интервал высоты, где отсутствует градиент изменения температуры пород) для данного региона находится на высоте 11001300 м [Makarieva et а1., 2024]. В нашей выборке такого интервала не имеется.
Рис. 2. Изменение среднегодовой температуры пород с широтой в регионе по данным
термометрии
Рис. 3. Изменение среднегодовой температуры пород с высотой в регионе по данным
термометрии
В то же время уже сейчас прослеживается понижение температуры пород с юга на север для всех типов местности. Например, для надпойменных террас (скважины «Сокол», «ГП2», «CALM УО», «Поселок Кулу», «Делянкир») градиент изменения температуры пород составляет приблизительно 1°С/1°с.ш. Для других ландшафтов недостаточно данных для подобного анализа.
Скважины водосбора р. Анмангында оборудованы в 2021 году и имеют непрерывные трехлетние данные измерений. Так, на примере скв. «Сопка» и «ГП2» хорошо прослеживается различие между высокогорным типом местности и долинно-террасовым. Зимняя температура пород на глубине 1 м на скв. «Сопка» повышается, тогда как на «ГП2» зимняя температура на той же глубине то понижается, то повышается. При этом вышеуказанные факты не влияют на глубину сезонного оттаивания, которая на «ГП2» увеличилась с 0.9 м в 2022 г. до 1.2 м в 2023 г., на скв. «Сопке» - осталась неизменной 1.3 м.
По данным скважин «Сопка» и «ГП2» выявлены изменения температурного режима за 3 года наблюдений. Так, на скв. «ГП2» увеличилась глубина сезонного оттаивания, а на
скв. «Сопка» повысилась зимняя температура пород. Необходимы дальнейшие наблюдения для подкрепления выводов.
Таким образом, температурный режим в пределах одного района существенно отличается в различных типах местности. Это доказывает необходимость натурных наблюдений для данного региона, практически не обеспеченного актуальными данными о геокриологических условиях.
Финансирование. Скважины пробурены и оборудованы в 2021-2022 гг. в рамках проекта НИР Санкт-Петербургского государственного университета № 94034170, в 20232024 гг. - в рамках проекта Российского научного фонда и Правительства Магаданской области № 23-17-20011 «Оценка рисков опасных явлений для инфраструктуры Магаданской области, вызванных климатически- и антропогенно-обусловленной трансформацией многолетнемерзлых пород».
ЛИТЕРАТУРА
Замолотчикова С.А., Зуев И.А. Юкагиро-Анюйский и Колымский регионы. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток. М.: Недра, 1989, с. 293-309.
Макарьева О.М., Абрамов Д.А., Землянскова А.А., Осташов А.А., Нестерова Н.В. Температура многолетнемерзлых пород Верхнеколымского нагорья по данным термометрических скважин за 2021-2022 годы // Криосфера Земли. 2024. Т. 28. № 3. С. 1933. doi: 10.15372/KZ20240302
Сергеев Д.О., Станиловская Ю.В., Перльштейн Г.З., Романовский В.Е., Безделова А.П., Алексютина Д.М., Болотюк М.М., Хименков А.Н., Капралова В.Н., Мотенко Р.Г., Малеева А.Н. Фоновый геокриологический мониторинг в северном Забайкалье // Криосфера Земли. 2016. Т. XX. № 3. С. 24-32. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2016-3(24-32)
Melnikov V.P., Osipov V.I., Brouchkov A.V., Falaleeva A.A., Badina S.V., Zheleznyak M.N. et al. Climate warming and permafrost thaw in the Russian Arctic: Potential economic impacts on public infrastructure by 2050 // Natural Hazards. 2022. Vol. 112. №. 1. P. 231-251. doi: 10.1007/s 11069-021 -05179-6
Makarieva O., Zemlianskova, A., Abramov D., Nesterova N., Ostashov A. Geocryological Conditions of Small Mountain Catchment in the Upper Kolyma Highland (Northeastern Asia) // Geosciences. 2024. Vol. 14, 88. doi: 10.3390/geosciences14040088
REGIONAL PERMAFROST MONITORING NETWORK IN THE MAGADAN
REGION
Abramov D.A.1, Makarieva О.М23, Zemlianskova А.А.2,3, Ostashov А.А.4, Nesterova N.V.4
1Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia 2 North-Eastern State University, Magadan, Russia 3 St. Petersburg State University, Institute of Earth Sciences. St. Petersburg, Russia 4 State Hydrological Institute, St. Petersburg, Russia
To update data on the state of permafrost in the Magadan region in 2021-2023 a regional network of thermometric wells has been deployed to monitor the temperature of rocks in various landscape conditions. In total, 23 wells with depths from 5 to 30 m have been drilled to date. Data on the average annual temperature of rocks, the depth of seasonal thawing/freezing.
Keywords: permafrost, Magadan region, regional monitoring network, thermometric wells
REFERENCES:
Zamolotchikova S.A., Zuev I.A. Yukagiro-Anuyskii i Kolymskii regioni. Geocrilogiya SSSR. Vostochnaya Sibir i Dalnii vostok. Moscow.: Nedra, 1989, p. 293-309. (in Russian)
Makarieva O.M., Abramov D.A., Zemlyanskova A.A., Ostashov A.A., Nesterova N.V. Ground temperature regime of the mountain permafrost of the Magadan region in the current conditions // Earth's Cryosphere. 2024. Vol. 28. №3. P. 19-33. doi: 10.15372/KZ20240302
Sergeev D.O., Stanilovskaya J.V., Perlshtein G.Z., Romanovsky V.E., Bezdelova A.P., Alexutina D.M., Bolotyuk M.M., Khimenkov A.N., Kapralova V.N., Motenko R.G., Maleeva A.N. Background geocryological monitoring in Northern Transbaikalia region // Earth's Cryosphere. 2016. Vol. 20. №3. P. 24-32. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2016-3(24-32)
Melnikov V.P., Osipov V.I., Brouchkov A.V., Falaleeva A.A., Badina S.V., ZheleznyakM.N. et al. Climate warming and permafrost thaw in the Russian Arctic: Potential economic impacts on public infrastructure by 2050 // Natural Hazards. 2022. Vol. 112. №. 1. P. 231-251. doi: 10.1007/s11069-021-05179-6
Makarieva O., Zemlianskova, A., Abramov D., Nesterova N., Ostashov A. Geocryological Conditions of Small Mountain Catchment in the Upper Kolyma Highland (Northeastern Asia) // Geosciences. 2024. Vol. 14, 88. doi: 10.3390/geosciences14040088
