CC BY
1УДК 551.345:551.432.8
ЛЕДОВЫЙ КОМПЛЕКС, ТЕРМОКАРСТ И МОРФОСТРУКТУРЫ ЯНО-ИНДИГИРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ В ЦЕЛЯХ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОЙ ЭМИССИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ
И Пижанкова Е. И., Гаврилов А. В.
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: [email protected]
Анализ распространения ледового комплекса, аласов и термокарстовых озер доказывает морфоструктурные особенности Яно-Индигирской низменности, что обусловливает различный вклад морфоструктур в эмиссию парниковых газов.
Ключевые слова: ледовый комплекс, едома, термокарст, озера, морфоструктуры.
ICE COMPLEX, THERMOKARST AND MORPHOSTRUCTURES YANA-INDIGIRKA LOWLAND FOR THE PURPOSES OF ASSESSING POSSIBLE GREENHOUSE GAS EMISSIONS
И Pizhankova E. I., Gavrilov A. V.
Lomonosov Moscow State University, MSU, Moscow, Russia
Analysis of the distribution of the Ice Complex, alasses and thermokarst lakes proves the morphostructural features of the Yana-Indigirka Lowland, which determines the different contribution of morphostructures to the emission of greenhouse gases.
Key words: Ice Complex, Edoma, thermokarst, lakes, morphostructures.
Введение. Одним из важных условий оценки эмиссии парниковых газов является изучение ее приуроченности к озерам криолитозоны. Этому вопросу посвящено большинство работ, освещающих проявления выбросов метана на севере Западной Сибири [1, 2, 5, 6 и др.], поскольку на этой территории осуществляется добыча и транспортировка нефти и газа, что способствует значительному объему научных исследований. На территории Восточной Сибири исследования эмиссии очень незначительны. К таковым, в частности, относится изучение пузырьковой дегазации озер северо-восточной Якутии близ поселка Черский (нижнее течение реки Колымы) [8] и в Центральной Якутии близ поселка Тюнгюлю [3].
Исследования газопроявлений в криосфере Земли показали [5], что ММП проницаемы для метана, особенно в нижней, слабо льдонасыщенной зоне и могут являться коллекторами газа. В разрезе криолитозоны могут формироваться и длительное время существовать газовые и газогидратные скопления различного генезиса — микробиального, катагенетического, угольного, сланцевого. Газогидраты могут существовать выше зоны стабильности и обладать эффектом самоконсервации. Разложение реликтовых внутримерзлотных гидратов может иметь массовый характер при повышении температуры мерзлых пород.
Важные пространственные исследования, проведенные для территории Ямала В. И. Богоявленским и соавт. [2] на основе космических снимков, выявили 7185 многолетних бугров пучения и 415 термокарстовых озер с кратерами выбросов газа на дне. В ряде кратерных озер доказана непрерывная и/или периодическая эмиссия газа.
Анализ пространственных закономерностей распространения термокарстовых озер в настоящее время является весьма актуальной задачей, поскольку многие исследователи, исходя из определения площади озер по космическим снимкам, пытаются определить их вклад в эмиссию парниковых газов в атмосферу. Исследования динамики площадей термокарстовых озер проводились многими исследователями в связи с представлениями о том, что эти озера будут реагировать на глобальные изменения климата и их площадь вследствие этого будет меняться. В ряде работ была проанализирована взаимосвязь с динамикой озер таких факторов, как атмосферные осадки и эрозионная деятельность рек. Некоторыми исследователями [4] производился статистический анализ площадей и количества озер, однако особенности пространственных закономерностей их распределения авторами не учитывались.
Район представленных исследований площадью около 25 500 км2 относится к Яно-Колымско-му геокриологическому региону и расположен на севере Яно-Индигирской приморской низменности Якутии. Геокриологические условия характеризуются сплошным распространением достаточно мощных мерзлых пород (300-500 м) с температурами от -9 до -13 °С и ниже. Климат территории определяется ее высокоширотным положением и близостью моря. По данным ближайшей метеостанции Чокурдах [9], среднегодовая температура воздуха в 2023 г. составила -11,7 °С, а количество осадков — 148 мм/год. В ХХ столетии среднемноголетняя температура составляла -14,1 °С, количество осадков — 217,1 мм/год, что говорит о существенном потеплении, но снижении количества осадков.
В тектоническом отношении территория представляет собой эпимезозойскую платформу. На основной ее части рельефообразующими являются отложения поздненеоплейстоценово-го ледового комплекса (ЛК) мощностью до 40-50 м и отложения термокарстовых котловин (аласов) — голоценовый аласный комплекс (АК) мощностью 7-15 м. Объемная льдистость ледового комплекса достигает 70-90%, аласного комплекса — 50-70%. На западе территории на поверхность выходят мезозойские магматические породы, слагающие островные горы с абсолютными высотами, изменяющимися от 130 до 533 м.
Целью настоящей работы является анализ пространственных закономерностей распределения термокарстовых озер как поставщиков метана в атмосферу в зависимости от морфоструктур-ных особенностей территории.
Методы. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) из космоса является уникальным методом исследований, особенно необходимым для изучения труднодоступных территорий криолито-зоны. Поэтому исследования строились на базе космических снимков (КС) Landsat 7, 8 ETM+ 1999-2001 гг., 2013, 2018, Landsat 9 OLE 2023 г., аэрофотоснимков 1951 г., цифровой модели рельефа по данным ASTER, анализа топографических карт масштабов 1:1 000 000, 1:200 000,
геологических и тектонических карт и схем. Для изучения морфологии поверхности ЛК и АК и криогенных явлений использовались космоснимки субметрового пространственного разрешения GeoEye-1, образующие глобальное покрытие [10]. Для дешифрирования КС применялось ПО MapInfo Professional и ArcGIS.
При выделении морфоструктур учитывались общий характер поверхности и соотношение останцов ледового комплекса (едом) и аласов, характер и площадь водоразделов, склонов, ала-сов, озер, уклон и коэффициент извилистости водотоков, а также характер морского побережья. Для отнесения той или иной территории к положительной или отрицательной морфоструктуре основным показателем являлось процентное соотношение между аласами и едомами.
Результаты. На основе использования КС Landsat, АФС и топоосновы на изучаемую территорию составлена карта-схема останцов ледового комплекса. Характер развития термокарста по верхненеоплейстоценовому ледовому комплексу — затухающего или прогрессивного — обусловлен приуроченностью к положительным (поднимающимся) или отрицательным (опускающимся) морфоструктурам, что обусловливает распространение и площадь аласов, едом и термокарстовых озер, а также различия в динамике берегов.
Активными поднимающимися структурами являются горстово-купольные морфоструктуры на магматических породах с вовлеченной в поднятие прилегающей едомной равниной, а также аккумулятивные равнины, сложенные ледовым комплексом, но слабо измененные термокарстом. Озера, приуроченные к последним, по количеству и площади очень невелики, так же как и скорости отступания их берегов. Заозеренность, определенная по КС, составила для них в среднем 5,5%.
Отрицательные морфоструктуры плейстоцена и голоцена представлены двумя основными типами: морфоструктурами с явно выраженной тенденцией к современному опусканию, заозеренность которых составляет 22,3%, и поздненеоплейстоценовыми отрицательными морфоструктурами, унаследованно развивавшимися в голоцене с озерами, занимающими 11,3% территории. Морфологически оба типа выражены аласными равнинами. Но первый из этих типов отличается существенно меньшим количеством останцов ЛК и выраженными гидрографическими признаками современного опускания.
Значительные площади занимают также стабильные морфоструктуры, характеризующиеся преобладанием аласных равнин и значительными отметками уреза воды в реках и озерах (513 м). Их заозеренность составляет 4,4%.
Подтверждением принадлежности озер к той или иной морфоструктуре является также характер и количественная характеристика динамики берегов. Скорости отступания берегов, сопровождающегося ростом площади озер, для положительных морфоструктур за период 73 года (с 1951 по 2023 г.) не превышают 0,4 м/год, а для отрицательных и стабильных составляют 0,6-1,1 м/год (измерения проводились для озер площадью более 10 га (0,1 км2) тогда как заозеренность вычислялась для озер площадью более 0,1 га). Следует отметить также, что основное количество озер — остаточные, расположенные внутри аласов. При этом наибольшая скорость отступания берегов озер характерна для АК, а не для ЛК. Размыв ледового комплекса по КС не зафиксирован.
Процесс термоэрозии, связанный с деятельностью водотоков различного порядка, преобладающий ныне в отрицательных морфоструктурах, приводит к спуску озер и дальнейшему образованию аласов, развитию в них процессов морозобойного растрескивания с формированием повторно-жильных льдов и пучения.
Проведенные исследования показали, что термокарстовым озерам, расположенным в положительных морфоструктурах, свойственна незначительная изменчивость, в отрицательных — существенная изменчивость с преобладанием процесса увеличения площади озер, а также спуск озер вследствие развития гидросети.
Динамика морских берегов с учетом принадлежности к той или иной морфоструктуре показала увеличение скорости отступания в XXI в. на различных участках в 1,4 раза (с 1,2-4,5 до 1,7-6,2 м/год). Для берегов озер характерны существенно меньшие (на порядок) скорости термоабразии.
С учетом выявленной пузырьковой дегазации [8] в пределах прибрежной части озер на правобережье реки Колымы, составляющей 15,8% площади озера, выделение СН4 за 1974-2000 гг. составило 128±24 г/м2 в год, в связи с чем есть возможность предположить достаточно высокую эмиссию метана из увеличивающихся озер на исследуемой территории севера Яно-Инди-гирской низменности. О правомерности таких прогнозов свидетельствуют многочисленные оценки поступления этого газа из донных осадков шельфа морей Лаптевых и Восточно-Сибирского [7], являвшегося в позднем плейстоцене и начале голоцена совместно с приморскими низменностями Якутии ареной накопления ледового комплекса и его преобразования в голоцене процессами термокарста. При этом объем эмиссии оценивается нами максимальным в отрицательных морфоструктурах и минимальным в положительных.
Выводы
1. Для выделения локальных морфоструктур в областях распространения ледового комплекса осуществлен подход, реализованный для северной части Яно-Индигирской низменности, базирующийся на генетической связи прогрессивного озерного термокарста по ЛК с отрицательными морфоструктурами, который получил развитие на рубеже позднего неоплейстоцена и голоцена. Морфологическим выражением отрицательных морфоструктур являются аласные равнины. Выражением положительных морфострук-тур — едомные равнины, сложенные породами ледового комплекса.
2. Проведенные исследования показали, что озерам, расположенным в пределах положительных морфоструктур, свойственно незначительное увеличение площади, в отрицательных — более значительное, а также спуск озер с формированием аласов, дальнейшим их промерзанием с морозобойным растрескиванием и пучением.
3. Любым расчетам, связанным с озерным термокарстом, должно предшествовать мор-фоструктурное или ландшафтное районирование, позволяющее выявить особенности площадного распространения ЛК, АК и озер.
4. Поскольку выявлено более существенное увеличение площади термокарстовых озер в отрицательных морфоструктурах, следует сделать вывод о достаточно высокой эмиссии метана, в основном микробиального генезиса, с этих территорий.
Список литературы
1. Арэ Ф. Э. Проблема эмиссии глубинных газов в атмосферу // Криосфера Земли. 1998. Т. II. С. 42-50.
2. Богоявленский В. И., Сизов О. С., Богоявленский И. В. и др. Дегазация Земли в Арктике: комплексные исследования распространения бугров пучения и термокарстовых озер с кратерами выбросов газа на полуострове Ямал // Арктика: экология и экономика. 2019. № 4 (36). С. 52-68. DOI: 10.25283/2223-4594-2019-4-52-68.
3. Десяткин А. Р., Фёдоров П. П., Николаев А. Н. и др. Эмиссия CH4 при увеличении термокарстового озера в Центральной Якутии // Вестник СВФУ. 2016. № 2 (52). С. 6-14.
4. Полищук Ю. М., Богданов А. Н., Муратов И. Н., Полищук В. Ю. Изучение распределения малых озер по размерам в прерывистой криолитозоне Западной Сибири по снимкам Канопус-В // Криосфе-ра Земли. 2017. Т. XXI, № 2. С. 80-87. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-2(80-87).
5. Якушев В. С. Формирование скоплений природного газа и газовых гидратов в криолитозоне // автореф. дис. ... д. г.-м. н. М., 2009. 48 с.
6. Chuvilin E., Ekimova V., Davletshina D. et al. Evidence of Gas Emissions from Permafrost in the Russian Arctic // Geosciences. 2020. Vol. 10 (10). P. 383; https://doi.org/10.3390/geosciences10100383.
7. Shakhova N., Semiletov I., Gustafsson O. et al. Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf // Nature Communications. 2017. Vol. 8. P. 15872. DOI: 10.1038/ncomms15872.
8. Walter K. М., Zimov S. A., Chanton J. P. et al. Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a positive feed-back to climate warming // Nature. 2006. Vol. 443. P. 71-75. DOI: 10.1038/nature05040.
9. www.pogodaiklimat.ru/history/21946.htm.
10. https://bestmaps.ru/map/esri/sat/8/72.339/142.909.
References
1. Are F. E. The problem of hypogene gas emission into atmosphere // Earth Cryosphere. 1998. Vol. II. P. 42-50.
2. Bogoyavlensky V. I., Sizov O. S., BogoyavlenskyI. V. et al. Earth Degassing in the Arctic: Comprehensive Studies of the Distribution of Frost Mounds and Thermokarst Lakes with Gas Blowout Craters on the Yamal Peninsula // Arctic: Ecology and Economy. 2019. Vol. 4 (36). P. 52-68. DOI: 10.25283/222345942019-4-52-68.
3. Desyatkin A. R., Fedorov P. P., Nikolaev A. N. et al. Methane Emission During Thermokarst Lake Flood in Central Yakutia // NEFU Bulletin. 2016. Vol. 2 (52). P. 6-14.
4. Polishchuk Yu. M., Bogdanov A. N., Muratov I. N., Polischuk V. Yu. A Canopus-V imagery-based study of the size-distribution of small lakes in the discontinuous permafrost zone of Western Siberia // Earth Cryosphere. 2017. Vol. XXI, N 2. P. 80-87. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-2(80-87).
5. Yakushev V. S. Formirovaniye skopleniy prirodnogo gaza i gazovykh gidratov v kriolitozone: avtoref. dis. ... d. g.-m. n., M., 2009. 49 p.
6. Chuvilin E., Ekimova V., Davletshina D. et al. Evidence of Gas Emissions from Permafrost in the Russian Arctic // Geosciences. 2020. Vol. 10 (10). P. 383; https://doi.org/10.3390/geosciences10100383.
7. Shakhova N., Semiletov I., Gustafsson O. et al. Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf // Nature Communications. 2017. Vol. 8. P. 15872. DOI: 10.1038/ncomms15872.
8. Walter К. М., Zimov S. A., Chanton J. P. et al. Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a positive feed-back to climate warming // Nature. 2006. Vol. 443. P. 71-75. DOI: 10.1038/nature05040.
9. www.pogodaiklimat.ru/history/21946.htm.
10. https://bestmaps.ru/map/esri/sat/8/72.339/142.909.
