CC BY
29
УДК 504.4 004.9 П.С. Бородавко ИМКЭС СО РАН, Томск
КЛИМАТООБУСЛОВЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ЛАНДШАФТОВ В ГОРАХ РУССКОГО АЛТАЯ
P.S. Borodavko
Institute for Monitoring of Climatic & Ecological Systems SB RAS Tomsk, 634055, Russia, 10 / 3, Akademichesky Ave,
CLIMATE-RELATED CHANGES IN THERMOKARST TERRAIN IN RUSSIAN ALTAY MOUNTAINS
The Altay Mountains is the largest area of widespread mountain permafrost in Siberia. In Russia it occupies approximately 92,000 km2. The climatic variations during the 20th century and especially during the last three decades have impacted on current permafrost temperatures. Observations over the last 40 years show that permafrost warmed by 0.3-0.4 °C, and average active-layer thickness increased by 20-25 per cent in comparison with the 1960s. Thermal degradation of ice-rich permafrost with coincident subsidence of the ground surface has recently resulted in extensive thermokarst and creation of new lakes on the Eshtikol Plateau (EP) and Akkol District (AD) in South-East of Russian Altay. GIS Analysis of aerial photography and satellite images indicated that widespread ice wedge degradation had not yet occurred before 1952. Our study documented a net increase in lake area and the number of lakes exceeding 0.2-2 ha in size in the continuous permafrost zone and suggests an increase of 52 % on a 3,000 km2 territory (EP and AD) between 1952 and 2007, with the greatest increase between 1972 and 2000. Field observations indicate that in some locations thawing permafrost creates thermokarst lakes, while in other situations, thawing promotes talik development and draining of lake.
Многолетнемерзлые породы (ММП) распространены на территории Горного Алтая достаточно широко и неравномерно. Практически сплошное распространение криолитозона имеет в его Юго-восточной части. В направлении на запад и северо-запад сплошное развитие криолитозоны сменяется прерывистым, островным и, далее, зоной сезонного промерзания горных пород, расположенной вдоль северных и западных окраин. Мощность криолитозоны Русского Алтая, в целом, коррелируется с длительностью промерзания пород и связывается с приуроченностью разреза к тому или иному высотному геокриологическому поясу [4]. В поясе островного распространения многолетнемерзлых пород их мощность варьирует от 6 до 90 м, прерывистого распространения - 50-160 м, сплошного распространения - 80-600 м. Мощность ММП во впадинах значительно меньше, нежели в коренных породах их горного обрамления.
Наблюдения за климатом, которые ведут на регулярной основе станции Росгидромета, распределенные по всей территории России, показывают, что скорость потепления постоянно увеличивается [3, 8]. Региональные особенности динамики климата Алтая, характеризуются более интенсивным, чем в целом для России, увеличением годовой температуры воздуха,
преимущественно за счет снижения суровости зимы. По расчетам В.С. Ревякина и Н.Ф Харламовой [2], средняя температура теплого периода (IV-X) увеличилась на 2,3 °С за 166 лет, или 1,4 °С за 100 лет; холодного (XI-III) - на 3,4 °С или 2,2 °С соответственно. Особенно заметны изменения для января (на 4,8 °С), марта (4,4 °С) и апреля (4,5 °С). Для июля, августа и сентября повышение оказалось минимальным - 1,6 °С, 1,9 °С и 1,5 °С соответственно.
Потепление климата, по данным наблюдений на геокриологических стационарах (табл. 1) сопровождается отчетливо выраженным повышением среднегодовой температуры грунта, оттаиванием толщ ММП и активизацией деструктивных геокриологических процессов [1]. К числу последних относятся термокарст, криогенное оползание и пучение.
Таблица 1. Тренды изменения температуры ММП в различных регионах мира.
По [12] с дополнениями
Район наблюдений, глубина, период Температурный тренд Источник
США Транс-Аляскинский трубопровод (20 м) 1983-2003 +0.6 to +1.5°C [13,15]
Мерзлотная обсерватория Барроу (15 м), 1950-2003 +1°C [17]
Россия Восточная Сибирь (1.6-3.2 м), 1960-1992 +0.03°С/год [16]
Север Западной Сибири (10 м), 1980-1990 С +0.3 до +0.7°C [14]
Север Европейской России, (6 м), 1970-1995 до +1.2°C [11]
Канада Север бассейна Маккензи (28 м), 1990-2000 +0.1°С/год [7]
Мерзлотная станция Алерт, Нунавут (15 м), 1995-2000 +0.15°С/год [19]
Центральная часть бассейна Маккензи (15 м), 1985-2000 +0.03°С/год [7]
Север Квебека (10 м), вторая половина 1980-х - середина 1990-х +0.1°С/год [6]
Норвегия Ювасхоэ, Юг Норвегии С +0.5 до +1.0°C [9]
Янсонхауген, Шпицберген С +1° до +2°C [9]
Казахстан Северный Тянь-Шань (1973-2003) С +0.2° до +0.6°C [10]
Монголия Горы Хангая, Хэнтея, Побережье Хубсугула (1973-2003) С +0.3° до +0.6°C [18]
В трансформации ландшафтов приледниковых районов, важную роль играют криогенные процессы. Для оценки скорости их развития в современных условиях, нами была разработана геоинформационная система «КОНГЕО ПРО» (Климато-Обусловленные Новейшие ГЕОморфологические ПРОцессы). Под ней понимается компьютеризированная система сбора, систематизации, хранения, обработки, оценки, отображения и распространения
пространственно-координированных данных о состоянии природных комплексов, а также интерпретации и анализа этих данных для эффективного использования при решении научных задач, связанных с исследованиями влияния климата на ход экзогенных геоморфологических процессов.
В качестве программного обеспечения ГИС «КОНГЕО ПРО» был выбран программный продукт фирмы Petmar Trilobite Breeding Ranch®: Microdem/TerraBasell V10.0. В состав геоинформационной системы входят: банк данных, программно-аппаратный комплекс, средства создания оперативных материалов для разработки прогнозов.
Банк данных является информационной основой ГИС «КОНГЕО ПРО» и состоит из картографической базы данных, состоящей из совокупности цифровых векторных карт: слоев топографической основы масштаба 1:25 000, карты четвертичных отложений (1:50 000) геологической карты (1:500 000), карты криогенного районирования (1:500 000); тематических баз данных в формате DBASE, материалов дистанционного зондирования. Фактологические данные в ГИС представлены совокупностью отдельных тематических баз данных, атрибутивных таблиц цифровых слоев, справочников и классификаторов. Все фактологические данные представлены в системе в виде файлов формата DBASE. Структура тематических баз данных построена по реляционному типу. В банк данных ГИС включены цифровые изображения полученные со спутников Landsat 4 MSS, Landsat 7 TM, Landsat 7 ETM+, Meris, IKONOS 2.
Для изучения современных криогенных процессов нами были выбраны три участка: Эштыкольский, Чуйский и Аккольский. Исследования динамики термокарста на тестовых участках проведены с использованием материалов полихронной аэрофотосъемки и данных мультиспектрального оптико-механического сканирующего радиометра Landsat 7 ETM+. Геокоррекция и реферирование материалов аэрофотосъемки 1952 г. осуществлялось в среде MICRODEM V10.0. Аэроснимки привязывались к ДДЗ Landsat в проекции WGS 84 (UTM).
Тестовый участок № 1 (Ештыкольский) находится в горно-таежном поясе на периферии Северо-Чуйского хребта и Курайской межгорной впадины в урочище Ештыколь на абсолютной высоте 1 750-1 780 м.
Анализ материалов дистанционного зондирования за период с 1952 по 2007 гг. показал устойчивое увеличение площадей термокарстовых озер. За полувековой промежуток времени суммарная площадь озер Ештыкольского тестового участка увеличилась на 52 %. При этом отмечено появление новых водоемов на фоне расширения акваторий более старых.
Тестовый участок № 2 (Чуйский) охватывает центральную часть Чуйской впадины. Водоемы в пределах участка располагаются в высотном интервале от 1 737 до 1 850 м. Суммарная площадь закартированных 75 озер составляет 9,3 кв. км. Большинство из них имеют термокарстовое происхождение, о чем свидетельствуют морфологические особенности территории, асимметричность распределения озерных котловин, их конфигурация, наличие сухих впадин. В прошлом ряд водоемов имел большие размеры, на что указывают следы их
прежних уровней. Обработка отечественных аэрофотоматериалов и ДДЗ Landsat 4 и Landsat 7 ETM+ за период с 1972 по 2007 гг. показала сокращение суммарной площади акваторий озер Чуйского тестового участка на 42 %. Кроме того, на фоне усыхания большинства водоемов центральной части Чуйской впадины, отмечено появление ряда новых.
Тестовый участок № 3 (Аккольский) расположен в пределах краевого моренного комплекса Малой ледниковой эпохи Большого Аккольского (Софийского) ледника. На территории участка закартировано 32 полигенетичных водоема. Компаративным анализом материалов полихронной аэрокосмосъемки установлено увеличение акваторий озер на 40 % в период с 1972 по 2007 год.
Устойчивое увеличение глубины сезонного оттаивания, в пределах исследуемой территории, нашло отражение в образовании сплывов грунтов сезонноталого слоя на склонах по поверхности льдистых глинистых пород. В приустьевой правобережной части долины р. Чаган-Узун закартировано и изучено 15 криогенных оползней и сплывов, образовавшихся за последние десять лет.
Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (грант 08-05-00037-а).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Виноградов В.А. Сели Чуйских белков. Труды ЗапСибНИИ Госкомгидромета, 1981, вып. 51, с. 87-92.
2. Ревякин В.С., Харламова Н.Ф. Региональные изменения климата и природной среды Центральной Азии / Мировой океан, водоемы суши и климат // Труды XII съезда Русского Географического общества. Т. 5. - СПб, 2005. - С. 369-377.
3. Грицевич И.Г., Кокорин А.О., Подгорный И.И. Изменение климата. - М.: WWF России, 2007. - 56 с.
4. Розенберг Л.И. Геокриологические условия Алтая. В кн: Геокриология СССР. Горные страны Юга СССР. - М.: Недра, 1989. - С. 226-246.
5. ЮНЕП/РКИК ООН, (2003): Изменение климата. Комплект информационных материалов по изменению климата. Изд. ЦЭНЭФ, август 2003.
6. Allard, M., B. Wang and J.A. Pilon, 1995. Recent cooling along the southern shore of Hudson Strait, Quebec, Canada, documented from permafrost temperature measurements. Arctic and Alpine Research, 27:157-166.
7. Couture, R., S. Smith, S.D. Robinson, MM. Burgess and S. Solomon, 2003. On the hazards to infrastructure in the Canadian North associated with thawing of permafrost. Proceedings of Geohazards 2003, Third Canadian Conference on Geotechnique and Natural Hazards, pp. 97104. Canadian Geotechnical Society.
8. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), 2003. Climate change 2003:Synthesis report. WMO/UNEP.
9. Isaksen, K., P. Holmlund, J.L. Sollid and C. Harris, 2001. Three deep alpine-permafrost boreholes in Svalbard and Scandinavia. Permafrost and Periglacial Processes, 12:13-25.
10. Marchenko, S.S., Results of monitoring of the active layer in the northern Tien Shan mountains, Earth Cryosphere, v. VI, 3, 25-34, 2002
11. Oberman, N.G. and G.G. Mazhitova, Permafrost dynamics in the north-east of European Russia at the end of the 20th century. Norwegian Journal of Geography, 55, 241-244, 2001.
12. Osterkamp, T.E., 2003. A thermal history of permafrost in Alaska. Proceedings of Eighth International Conference on Permafrost, Zurich, pp. 863-868.
13. Osterkamp, T.E., and V.E. Romanovsky, Evidence for warming and thawing of discontinuous permafrost in Alaska, Permafrost and Periglacial Processes, 10(1), 17-37, 1999.
14. Pavlov, A.V., Current changes of climate and permafrost in the Arctic and Sub-Arctic of Russia, Permafrost and Periglacial Processes, 5, 101-110, 1994.
15. Romanovsky, V.E., and T.E. Osterkamp, Permafrost: Changes and Impacts, in: R. Paepe and V. Melnikov (eds.), «Permafrost Response on Economic Development, Environmental Security and Natural Resources», Kluwer Academic Publishers, 297-315, 2001.
16. Romanovsky, V.E., Shender, N.I., Sazonova, T.S., Balobaev, V.T., Tipenko, G.S. and Rusakov, V.G., Permafrost Temperatures in Alaska and East Siberia: Past, Present and Future, in: Proceedings of the Second Russian Conference on Geocryology (Permafrost Science), Moscow, June 6-8, pp. 301-314, 2001.
17. Romanovsky, V.M. Burgess, S. Smith, K. Yoshikawa, and J. Brown, Permafrost Temperature Records: Indicators of Climate Change, EOS, AGU Transactions, Vol. 83, No. 50, 589-594, December 10, 2002.
18. Sharkhuu, N., Recent changes in the permafrost of Mongolia. In: Proceedings of the VII International Permafrost Conference, Switzerland, July 21-25, pp. 1029-1034, 2003.
19. Smith, S.L., M.M. Burgess and A.E. Taylor, 2003. High Arctic permafrost observatory at Alert, Nunavut - analysis of a 23-year data set. Proceedings of the Eighth International Conference on Permafrost, 1073-1078.
© n.C. Bopodaem, 2009
