CC BY
217
УДК 551.345. 530.3
О.А. Поморцев, Е.П. Кашкаров, В.Ф. Попов
наледи: глобальное потепление климата и процессы наледеобразования (ритмическая основа долгосрочного прогноза)
Рассматриваются особенности распространения наледей на Северо-Востоке Евразии, условия их формирования, режим и реакция на изменения климата. По моделям 1850 и 40700-летних ритмов обосновывается устойчивость потепления климата до рубежа III тысячелетия. Анализируются наиболее вероятные сценарии наледеобразования на XXI столетие. Показано, что значительные сдвиги в эволюции наледей можно ожидать в зонах прерывистого и островного распространения многолетнемерзлых пород.
Ключевые слова: наледь, наледеобразование, источник наледеобразующих вод, наледи речных вод, подземные воды, наледи подземных вод, увлажненость бассейна, расход, термический режим, снежный покров, плейстоцен, голоцен, ритм Шнитникова, ритм Миланковича, климат, потепление климата, геокриологические условия, гидрогенный талик, криогенный напор, подрусло-вой сток.
Наледи и процессы наледеобразования привлекли внимание исследователей уже на самых ранних этапах освоения Сибири. Однако специальное изучение наледей начинается только в конце XIX - начале ХХ вв. в связи с началом изысканий и строительства транссибирской магистрали. Тогда же была выявлена ключевая роль климата в формировании наледей. Поэтому актуальным представляется обсудить, каким образом начавшееся потепление климата может изменить процессы наледеобра-зования.
Наледь представляет собой слоистый ледяной массив на поверхности Земли, льда или инженерных сооружений, образовавшийся при замерзании периодически изливающихся природных или техногенных вод [1]. Ниже будут рассмотрены только природные наледи, которые неразрывно связаны с криолитозоной - областью развития многолетнемерзлых пород, занимающей более половины территории России, где, согласно последним данным, в наледях речных и подземных вод ежегодно аккумулируется примерно 94 км3 воды, что примерно равно объему годового стока двух таких рек как Индигирка. Суммарная площадь наледей составляет около 128 тыс. км2, из которых 27 тыс. км2 приходится на долю примерно 60 тысяч наледей, образованных подземными водами [2].
Членение наледей по природе образующих их вод на наледи вод поверхностных и подземных достаточно условно и однозначно может быть определено лишь постановкой режимных наблюдений за их ростом в про-
ПОМОРцЕВ Олег Александрович - к.г.н., доцент ГРФ ЯГУ E-mail: [email protected]
ПОПОВ Владимир Федорович - доцент ГРФ ЯГУ E-mail: [email protected]
КАШКАРОВ Евгений Петрович - к.г.н., свободный исследователь, Сиэтл, США.
E-mail: [email protected]
должении сезона наледеобразования. Между тем наледи, наиболее значительные по площади, а нередко одновременно и по мощности льда, как правило, связаны с водами подземными, если полагать, что к подземным водам относится также подрусловой поток [3].
В распространении наледей по территории проявляются как глобальные (широтная зональность, высотная поясность), так и региональные закономерности. Количество и размеры наледей увеличиваются от южной границы криолитозоны к северу, а также с повышением высоты местности в горных районах [4]. Достигнув известного предела, количественные характеристики наледей уменьшаются в самых северных районах и на больших абсолютных отметках, что связано с сокращением ежегодно возобновляемых запасов наледеобразующих вод в глубоко промороженных гидрогеологических структурах. В целом, на глобальном уровне интенсивность наледеобразования определяется влиянием климата на природные системы. На региональном - орографией, мерзлотными, гидрогеологическими, тектоническими, гидрологическими и другими факторами [2, 3].
Первую генетическую классификацию наледей предложил Н.И. Толстихин [5], выделив наледи речных и подземных (над -, меж- и подмерзлотных) вод, ключевые и грунтовые, и смешанных (речных и подземных) вод. Авторы последующих классификаций предполагали, что каждому типу наледеобразующих вод соответствует собственный механизм наледеобразования, условия залегания льда, его морфологические особенности и другие генетические признаки [6, 7]. Вместе с тем, «на сегодня еще не выработаны количественные критерии отнесения наледей к тому или иному типу наледеобразующих вод. Кроме того, еще недостаточно четко типизированы подземные воды криолитозоны, которые в большинстве случаев взаимосвязаны, динамичны во времени, часто замещают друг друга и вместе с речными водами представляют единую гидродинамическую систему» [2, с. 21].
Средняя мощность наледей подземных вод в горных районах криолитозоны составляет 2-2,5 м, максимальная достигает 10-12 м, а площадь нередко измеряется десятками квадратных километров. Появление наледей обычно бывает приурочено к зонам тектонических нарушений напорно-фильтрационными и грунтовофильтрационными таликами. Наибольшие размеры на-ледных массивов отмечаются в зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты, в зоне ее прерывистого и островного развития объем наледных тел уменьшается, однако общее число наледей увеличивается. Относительная наледность территории - отношение суммарной площади наледей к площади поверхностного водосбора
- порой превышает 4-5%, достигая в отдельны случаях 10% и более.
В крупных наледных областях отмечается влияние наледного процесса даже на микроклимат наледных долин. В процессе фазового перехода вода - лед - вода при образовании наледей и их таянии в теплый период года вовлекаются огромные энергетические ресурсы. Это послужило основанием О.Н. Толстихину называть наледи криоэнергетическими полями [6]. Общее количество тепла, ежегодно выделяющегося при образовании наледей подземных и речных вод на территории России, составляет примерно 52,2*109 Дж. Энергетический механизм наледных процессов в целом направлен на выравнивание температуры природной среды в течение года, сезона, суток. Гидрологическим следствием этого служит изменение теплового стока рек в теплый сезон [2, 3].
Самая большая наледь в Евразии, а очевидно, и на земном шаре - Момский Улахан-Тарын (Большая Мом-ская наледь) - расположена на Северо-Востоке Евразийского континента в долине р. Момы, правого притока р. Индигирки. Ее площадь в конце каждой зимы превышает 80 км2, а объем 200 млн м3'
Большинство крупных, более 0,2-0,5 км2, наледей подземных вод начинает формироваться в самом начале зимы, преимущественно в октябре-ноябре и продолжается всю зиму. Формирование небольших наледей смешанного и речного питания заканчивается раньше.Размеры и форма наледей связаны с характером и производительностью источника питания и морфологией местности, где они расположены [8].
Соотношение морфометрических характеристик близких по размерам, но расположенных в разных районах наледных массивов примерно одинаково. Более того, практически одинакова и интенсивность формирования наледей разных размеров в фиксированные моменты времени [9].
В динамике наледей подземных вод в холодное время года условно выделяют три периода. В начальный период наледь формируется примерно на 50% по площади и 20% по объему, т.е. площадь увеличивается быстрее в 2,5 раза, поскольку наледеобразующие воды растекаются по пологому дну наледной поляны при сравнительно
низких отрицательных значениях температуры воздуха. В середине зимы интенсивность роста объема и площади выравниваются: последняя увеличивается еще примерно на 35%, а объем на 30%. В конце холодного сезона объем возрастает втрое быстрее площади, поскольку наледь увеличивается главным образом за счет нарастания ее толщины. Такая петлеобразная связь этих характеристик отмечается для всех наледей подземных вод [2].
Общим для всех наледей служит дискретность их развития - накопления слоев льда, обеспеченное отдельными порциями вод, поступающих на поверхность сначала земли или речного льда, а затем - самой наледи. Слоистая структура преимущественно конжеляционного льда отличает их от других гляциологических объектов. Для возникновения и развития наледи необходим источник воды и условия, приводящие к периодическому ее появлению на каком-либо твердом основании. При отсутствии одной из этих причин наледь не образуется [3].
Наиболее широко наледи распространены в горных районах Восточной Сибири - в Якутии, Магаданской области и на Чукотке, где в условиях сурового климата формируются обширные наледные области [10, 11]. Они охватывают склоны горных хребтов, предгорных и межгорных впадин, подгорные равнины. Так, в пределах наледной области цепи Черского и Верхоянской намечается тринадцать наледных районов, охватывающих либо бассейны отдельных рек, либо бассейны нескольких рек в соответствии с гидрогеологическими условиями питания наледей [12]. В целом, в пределах наледных районов областей цепи Черского и Верхоянской общее количество наледей составляет 1524, а их суммарная площадь
- 3651 км2 [12]. При всем многообразии наледных проявлений здесь преобладают наледи длиной 1-5 км при ширине 0,25-5 км и отношении длины к ширине в пределах 1:5 [6]. Наледи большой протяженности приурочены к узким долинам рек, округлые, овальные или изоморфи-ческие - к основаниям склонов, предгорным конусам выноса, равнинным междуречьям.
В пределах горных сооружений Якутии наледи образуют высотные пояса, к которым приурочено подавляющее большинство наледей. Положение наледных поясов на склонах гор определяется следующими интервалами высот: западный склон Верхоянского хребта 0,2-0,7 км, восточный склон - 0,5-1,1 км; Южное Верхоянье (бассейн р. Алдана) 0,4-1,1 км; хребет Сунтар-Хаята (бассейн р. Индигирки) 0,9-1,5 км; цепь Черского 0,4-1,2 км; Момский хребет 0,5-1,2 км; Саяно-Байкальское становое нагорье 0,8-1, км при абсолютных отметках водоразделов Верхоянского хребта в среднем 1700-2200 м; в Сунтар-Хаята и цепи Черского - 2000-2500; в Момском хребте
- 2200-2500 м [10, 12].
Близкие оценки высотного распределения наледей были получены И.А.Некрасовым для восточного участка Станового Нагорья [13]. Он, в частности, установил, что подавляющая часть наледей этого региона (81%)
располагается в интервале высот до 1250 м, причем отметка наиболее высоко лежащей наледи (в верховьях р. Сюльбан) всего 1640 м. «Самые крупные наледи расположены на низких отметках - наледи с наибольшими средними площадями приурочены к высотам 550-750 м, т.е. относительные превышения их по отношению к минимальным отметкам территории, как правило, меньше 200 м» [13, с. 19].
Существует представление, о тесной связи развития наледей и горного оледенения [2, 10, 14, 15, 16, 17]. В частности, В.С. Преображенским [15] было показано, что распространение наледей коррелируется с границей максимального распространения ледников верхнеплейстоценового оледенения. На территории Евразии, в соответствии с увеличением степени континентальности климата и понижением температуры многолетнемерзлых пород с запада на восток, пояс массового развития наледей изменяет свое положение следующим образом: В горах Памира и Тянь-Шаня он лежит выше этой границы; в Забайкалье высота наледного пояса близка к ней, а на Северо-Востоке России наледи располагаются ниже той же границы.
Е.М. Катасонов [16] впервые на примере долины р. Бургали в Сунтар-Хаята показал еще одну важную закономерность - приуроченность наледных полей к участкам долин переуглубленным ледником. Развивая мысль Катасонова, И.А. Некрасов и соавторы пишут: «Такая ступенчатость продольного профиля характерна для всех трогов Южного Верхоянья» и далее: «Повсюду отмечается наличие переуглубленных участков, заполненных мощной толщей рыхлых отложений, разделенных между собой выступами скального ложа - ригелями. Переуглубленные участки долины, выполненные хорошо фильтрующими отложениями, являются прекрасными коллекторами, способными вмещать значительные запасы воды. Поэтому в их пределах, как правило, формируются устойчивые таликовые зоны. Напротив, ригели, представляющие собой поперечные валы, перегораживающие долину, являются преградой для подрусловых вод, циркулирующих в толще аллювиальных отложений. Они-то и создают в троговых долинах необходимую морфологическую предпосылку для формирования наледей» [16, с. 135].
Помимо связей наледей с оледенением, существенную роль в формировании наледей на склонах горных хребтов играет тектоника в сочетании с гидроклиматическими условиями водосборов. Наледные пояса и линии отмечены на склонах практически всех Верхояно-Колымских горных хребтов. Крупнейшие из них выявлены в основании северо-восточного склона хребта Тас-Хаяхтах, где расположена крупнейшая на Северо-Востоке Евразии наледная линия протяженностью около 250 км, включающая в себя гигантские ледяные поля в долинах рек Кыра, Борылах, Нахатта, Учугей-Юрях и Умба. Площадь отдельных ледяных полей этой зоны составляет
19-70 км2, а суммарная площадь льда определяется величиной более 300 км2. Вторую наледную линию образуют 14 наледей, расположенных в бассейнах правых притоков р. Момы. Она простирается в широтном направлении в пределах высот примерно 800-1000 м на расстояние около 150 км вдоль глубинного разлома Ула-хан. Суммарная площадь наледей этой линии 60 км2, что составляет примерно половину площади всех наледей южного склона Момского хребта.
Немногочисленные палеогеографические данные свидетельствуют о более обширном наледеобразовании, имевшем место в плейстоцене и голоцене [14, 16, 18]. Следы былого развития наледей обнаружены в хребтах горной системы Черского, в горах Сунтар-Хаята и Забайкалье. Причем «древние наледные поляны обнаружены там, где в настоящее время наледей нет или они несравнимо меньше» [2, с. 28]. В тоже время некоторые современные наледи Северо-Востока России располагаются в таком соотношении с моренами сартанского этапа оледенения, что наледные поляны явно древнее последних [19, 20].
Гидрологическая роль наледей заключается в том, что в результате наледеобразования происходит сезонное на-ледное регулирование - перераспределение подземной составляющей речного стока с зимы на весенне-летний сезон, в результате чего величина речного стока зимой дополнительно уменьшается, а в теплый период года увеличивается. Часть зимнего подземного или речного стока расходуется на наледное питание. Наледный сток формируется в результате таяния наледей и рассматривается как особый вид подземного питания рек в теплую часть года. По абсолютным величинам в многолетнем цикле наледное питание и наледный сток совпадают. В отдельные годы или периоды многолетнего цикла усиления наледеобразовательных процессов в бассейнах рек возможно превышение наледного питания над стоком наледных вод за счет перелетывающих наледей
- многолетнее наледное регулирование.
Таким образом, наледное регулирование поверхностных и подземных вод является следствием двух самостоятельных процессов, протекающих в резко различающихся условиях и подчиняющихся разным закономерностям: образования и разрушения наледей.
Поскольку эти процессы преобразуют водный баланс речных бассейнов в противоположных направлениях, то, учитывая особенности внутригодового распределения стока в наледных районах и разницу в продолжительности формирования и стаивания наледей, нужно отметить, что характер и степень их влияния на сток рек в теплый и холодный сезоны различны и должны учитываться раздельно [3].
В целом на Северо-Востоке России ежегодно к концу зимы в наледях речных и подземных вод аккумулируется, а в теплое время года в виде наледного стока в речную сеть поступает примерно 94 км3 воды, что почти в четыре раза превышает здесь объем ледникового стока.
Разгрузка подземных вод в процессе наледеобразо-вания происходит неравномерно, о чем свидетельствуют данные наблюдений за режимом формирования наледей. Наиболее детальные исследования произведены в Центральной Якутии, в бассейнах р. Индигирки и р. Колымы, а также в некоторых других районах [3, 9, 21, 22, 23]. Эти исследования показали, что формирование наледей начинается либо вскоре после перехода среднесуточных температур воздуха через 0°С, если наледь возникает от источника, расположенного не в русле реки, либо по прошествии одного-двух месяцев после этого перехода, что характерно для русловых наледей. Начало наледеобразовательного процесса характеризуется постепенным усилением роста наледей, затем процесс относительно стабилизируется, и в конце зимы темпы нарастания снижаются, вплоть до полного прекращения.
Режимные наблюдения за наледями показывают, что основными метеорологическими факторами, определяющими изменение год от года интенсивности роста наледей, служат предшествующее увлажнение, снежный покров и температура воздуха [21, 23]. При этом влияние каждого из них неоднозначно и определяется только в совокупности с двумя другими. Например, влияние снежного покрова уменьшается с увеличением предшествующего увлажнения, но возрастает с увеличением суровости зимы. Установлено также, что размах многолетних колебаний морфометрических характеристик наледных массивов обратно пропорционален их размерам, т.е. чем меньше размеры наледей, тем больше будут колебаться их размеры от сезона к сезону.
В многолетнем ходе значений морфометрических характеристик наледного процесса выделяются периоды с увеличивающейся или уменьшающейся интенсивностью наледеобразования. На Северо-Востоке России и в зоне БАМ с начала 1950-х годов по 1979 г. усиление нале-деобразования отмечено в 1951-1958, 1962-1967 и 19711979 гг., а снижение в 1959-1961 и 1968-1970 гг.
Из работы М.К. Гавриловой [21], в основе которой лежат данные круглогодичных стационарных наблюдений (1964-1967 гг.) за процессами наледеобразования на наледи Улахан-Тарын (Центральная Якутия), следует, что основные импульсы наледеобразования приурочены к определенному диапазону температур -25^-45°С. Как пишет М.К. Гаврилова, «при температуре ниже -45°С развитие наледи на площадке практически не происходит; ощутимое увеличение наледи начинается при температуре -44°С. Но наиболее интенсивный рост идет при температурах -36-25°С (5-5,5 см/сутки)». [21, с. 106]. Полученные М.К. Гавриловой цифры «термического коридора» наледей в результате резкого потепления климата оказались близки к современным значениям среднемесячных температур зимних месяцев в Якутии, что может вызвать усиление динамики наледеобразования на территории республики. Вместе с тем, несмотря на бесспорную тенденцию потепления климата, временные законо-
мерности дальнейшего развития потепления и реакции на него процессов наледеобразования менее очевидны. Мнения ведущих специалистов различаются вплоть до противоположных. Одни предсказывают на ближайшие десятилетия глобальное потепление со «всемирным потопом», другие - таких же масштабов похолодание с наступлением новой ледниковой эпохи.
Современное потепление правильно предсказали только А.В. Шнитников [24] и Е.В. Максимов [25]. А.В. Шнитников основывался на открытом им долгопериодичном ритме в 1850 лет, меняющим увлажнённость земного шара, Е.В. Максимов [26] - ещё и на ритме Ми-ланковича в 40700 лет, обусловливающим чередование потеплений и похолоданий в истории Земли и жёстко связанным с 1850-летним ритмом. Другие исследователи предсказывали главным образом похолодание. Они опирались на ритмы короткой периодичности и не учитывали фонового влияния долгопериодичных ритмов. 30 лет назад Е.В. Максимовым [27] была открыта одна из важнейших ритмических закономерностей, показывающая, что ни один ритм не развивается на нулевом фоне. Все короткопериодичные ритмы от 3-4-летнего до векового разворачиваются на фоне долгопериодичных ритмов Шнитникова и Миланковича. Эти ритмы, в свою очередь, также стоят на «рельсах» ритмов ещё более высоких рангов - геологическом (160 млн лет) и ритме Галактического года (220 млн лет) [28, 29]. В целом природа ритмов и прогноз их развития во многом не ясны и требуют дальнейшего изучения. На сегодняшний день мы в лучшем случае констатируем ритмическое проявление различных событий в летописи Земли и на этой основе прогнозируем будущее. Однако расшифровка внутренней структуры долгопериодичных ритмов, сделанная различными исследователями [24, 26, 30, 31, 32, 33, 34] даёт нам новые инструменты прогноза.
Внутренняя структура 1850 и 40700-летних ритмов (рис. 1) наиболее подробно обоснована Е.В. Максимовым [25, 26, 27]. Она оказалась схожей не только у 1850 и 40700-летних ритмов (см. рис. 1), но и всех других [30]. Причина единой структуры, заключающейся в строгом чередовании тёпло-сухих (ТС) - тёпло-влажных (ТВ) -холодно-влажных (ХВ) и холодно-сухих (ХС) фаз климата в разных ритмах (см. рис. 1), задаётся, по всей вероятности, Солнцем и особенностями пространственного положения Земли на орбите [32, 33, 34].
Когда Земля периодически меняет своё положение в пространстве, солнечная энергия перераспределяется по её поверхности, но последовательность климатических фаз остаётся той же самой. Кроме влияния Солнца Земля испытывает влияние и других космических тел. Их ритмы либо трансформируются Солнцем, либо влияют отдельно. По этому поводу Е.В. Максимов ещё в 1977 г. писал: «В последнее время начало выясняться, что ритмы, в отношении которых не возникало сомнения в их солнечной обусловленности (11-летний и 22-23-летний),
Рис. 1. Модель внутренней структуры 40700-летнего (А) и 1850-летннего (Б) ритмов
1 - теплообеспеченность, 2 - увлажнённость. Климатические фазы: ХВ - холодно-влажная, ХС - холодно-сухая, ТС - тёплосухая, ТВ - тёпло-влажная. По: Е.В. Максимов [25] с изменениями
проявляются и в звёздной активности. Очевидно, все рассматриваемые ритмы являются не частно обусловленными, а ритмами Космоса в широком смысле этого слова. Физическая сущность их пока не ясна, но появились довольно веские предположения, что она каким-то образом связана с пульсационным характером развития небесных тел» [27, с. 421]. Н.А. Козырев [36] обращает внимание на поразительное сходство чередующихся процессов сжатия и расширения, присущих таким планетам, как Земля и Луна, с циклическими изменениями ряда переменных звёздных.
Ход температуры и увлажнённости в природных процессах подчиняется правилу Иверсена-Гричук. Суть его заключается в том, что ход теплообеспеченности смещен на четверть фазы в будущее относительно хода увлажненности (см. рис. 1). Впервые оно было сформулировано Д. Иверсеном в 1958 г., а в 1961 г. подтверждено на обширном материале М.П. Гричук. Значение этого правила трудно переоценить. В любом ритмическом процессе на Земле оно проявляется с удивительным постоянством. Сочетание двух кривых - теплообеспеченности и увлажнённости - создаёт предпосылки для долгосрочного прогноза климата, позволяя в пределах одной реализации ритмического процесса наметить последовательную смену
климатических условий: тёпло-сухих - тёпло-влажных
- холодно-влажных - холодно-сухих [30, с. 73-74].
Картину потепления климата, сглаженную постепенным ростом увлажненности, мы наблюдаем в настоящее время. Известно, что с 1970-х г. теплели главным образом зимы [37]. Однако сейчас, когда в северных морях исчезли айсберги, а шельфовые и горные ледники сократились до минимальных или близких к ним размеров можно полагать, что криосистемы земли выходят на критический рубеж устойчивости. В гумидной зоне Солнце в ближайшие годы, вероятно, растопит оставшиеся льды и «вечную» мерзлоту и затопит низменности, в аридной
- создаст ещё больший дефицит влаги. Решающую роль долгопериодичных ритмов в создании климатического фона подтверждают два последних крупнейших события в истории Земли: малая ледниковая эпоха (МЛЭ) Х11-Х1Х вв. и современное потепление. Оба события на протяжении 300 лет охвачены инструментальными наблюдениями и потому дают надёжный материал для палеоклиматических реконструкций и разработки прогноза. Мы использовали в работе обобщённые данные о ходе температур земного шара и региональные данные ГМС г. Якутска. Последние отражают глобальный тренд и потому признаны репрезентативными (рис. 2).
Рис. 2. Ход среднегодовых температур Х1Х-ХХ1 вв. в Якутии (вверху: данные ГМС г. Якутска) и на земном шаре (внизу: данные Центра Гадлея)
Модель долгопериодичных ритмов (рис. 1) показывает, что последний ледниковый период закончился благодаря ТС фазе 40700-летнего ритма Миланковича. Около 13 тыс. лет назад температурная кривая перешла из холодной области в тёплую и положила начало глобальному потеплению, названному голоценом (рис. 1). То же самое случилось во время МЛЭ на волне 1850-летнего ритма Шнитникова. В середине XIX в. температурная кривая 1850-летнего ритма перешла из холодной области в тёплую и также привела к глобальному потеплению, которое мы переживаем сегодня (рис. 1).
В целом процесс современного потепления развивался около сотни лет (рис. 2). Вторая половина XIX в. и первые годы ХХ в. представляли, по сути, переходный период от МЛЭ к современному потеплению. Весь рассматриваемый отрезок времени температура испытывала возвратно-поступательный ход, то переходя через нуль в тёплую область, то возвращаясь в холодную (рис. 2). Устойчивый переход в тёплую область произошёл только в 1970-х годах (рис. 2). Возвратно-поступательный ход температуры в 1830-2005 гг. хорошо документирован инструментальными наблюдениями (рис. 2). В них отчётливо прослеживается реализация трёх волн векового ритма (рис. 2, верхняя часть). На первой волне, закон-
чившейся около 1902 г., среднегодовая температура в Якутии колебалась в пределах 3°С, в конце периода минимальные значения поднялись на 1°, но в целом остались в холодной области. Во второй волне общая амплитуда колебаний возросла до 3,5°, температура периодически переходила через нуль в тёплую и холодную области, но к концу периода в начале 1970-х гг. её минимальные значения остались не только в холодной области, но и на прежнем уровне. Наконец, в третьей волне векового ритма амплитуда была самой широкой - 4,5°С. Темпы потепления здесь самые высокие. Уже в первой трети векового ритма, охватившей рубеж ХХ-XXI вв., температура устойчиво перешла в тёплую область, её нижний предел поднялся на 2° по сравнению с предыдущим и на 2,5° - выше первой волны в МЛЭ. Для всей Земли рост среднегодовой температуры от МЛЭ к современному потеплению составил 1,1°С (рис. 2, нижняя часть). Переход через нуль осуществился в 1930-х гг. и колебался около нуля на уровне плюс-минус 0,5°С вплоть до 1970-х гг. В конце 1970-х температурная кривая устойчиво перешла в тёплую область. Важнейшие выводы из проведённого анализа: 1) потепление климата от МЛЭ к современности имело ритмический возвратно-поступательный характер и подчинялось правилу «два шага вперёд - шаг назад»,
открытому в ритмических процессах Е.В. Максимовым [26]; 2) инерция холода МЛЭ была настолько велика, что от максимума горного оледенения в середине XIX в. потребовалась реализация двух полных вековых ритмов и начала третьего, чтобы обеспечить устойчивый переход температуры Земли из холодной области в тёплую; 3) развитие потепления по ходу реализации всех трёх вековых ритмов шло не на нулевом фоне, а на фоне ТС фазы 1850-летнего ритма Шнитникова и ТВ фазы 40700летнего ритма Миланковича, создавших главный фон потепления климата (рис. 1).
Прогноз современного потепления основывается на моделях внутренней структуры долгопериодичных ритмов А.В. Шнитникова и М. Миланковича [25]. По ритму Шнитникова (рис. 1) глобальное потепление продлится в будущее примерно на 700 лет и будет развиваться в рамках ТС фазы, доминирующей в этом ритме (она занимает 1200 лет или 2/3 всей протяжённости ритма). Нарастание температуры до уровня, вдвое превышающего сегодняшний, должно произойти в ближайшие 200 лет на волнах векового ритма. Дальнейший рост потепления будет ограничен снижением теплообеспеченности и ростом увлажнённости в ТВ ритме Миланковича, контролирующем реализацию 1850-летнего ритма Шнитникова. Рост увлажнённости будет происходить и по ходу реализации 1850-летнего ритма и достигнет максимума на рубеже III тысячелетия. Именно из-за согласованного роста увлажнённости в двух ведущих долгопериодичных ритмах процесс потепления будет сглажен и устойчив. Согласно продолжительности ТВ фазы ритма Миланковича, тёплый климат будет господствовать ещё около 7 тысяч лет. (рис. 1). По ходу векового ритма самыми тёплыми в первой половине нашего века должны быть первое и второе десятилетия с пиком на их рубеже [38, 39]. Мы считаем, что современное потепление - не аномалия, а возврат Земли в состояние, наиболее характерное для большей части её истории. Масштабы развивающегося потепления должны быть меньше, чем в климатический оптимум голоцена 4-7 тыс.л.н., когда температура по ходу ритма Миланковича находилась близко к точке максимума и вдвое превышала прогнозируемую современную (рис. 1).
Как же поведут себя наледи в условиях развивающегося потепления? Потепление климата на 2-3°С, прогнозируемое для Северо-востока Сибири на конец XXI столетия, не приведет к коренному изменению режима и распространения многолетнемерзлых пород в криоли-тозоне, поскольку их средняя годовая температура останется отрицательной (в настоящее время - -4°С и ниже) [2]. Вследствие увеличения количества и объемов гидрогенных и гидрогеогенных таликов (сквозных и несквозных) и улучшения условий питания и разгрузки подземных вод многодебитные источники, питающие крупные и гигантские наледи, будут давать больший транзитный подрусловой и поверхностный стоки, что приведет к рас-
средоточению крупных наледей и формированию новых небольших наледей. Увеличение глубины летнего про-таивания и количества несквозных таликов приведет к возникновению новых наледей грунтовых вод. Таким образом, общий объем, площадь и средние размеры наледей уменьшатся, а их количество увеличится. При дальнейшем усилении процесса потепления зим следует ожидать более глубоких изменений генетических типов наледей и существенного уменьшения их размеров. При этом и пространственное, и высотное соотношение поясов наледей и нивального пояса в горах также изменится. Повышение высоты снеговой границы, а следовательно и границы питания ледников и освобождение от ледникового льда и снежников значительных площадей в верховьях долин и на водоразделах приведет к увеличению площади бассейнов поверхностных и подземных вод, что в свою очередь приведет к перемещению верхней границы наледного пояса на более высокие этажи гляци-осферы. Наледи, имевшие питание за счет талого ледникового стока, деградируют, уменьшив свои размеры или сохранятся, сменив источник питания на талые снеговые и подземные подмерзлотные воды. В последнем случае может измениться не только морфология, но и пространственное положение наледей в долине.
Короткопериодные (внутривековые) колебания климата практически не будут влиять на морфометрические параметры крупных наледей подземных вод, особенно на их объем. Мелкие же наледи грунтовых и речных вод сильно реагируют даже на изменения отдельных метеорологических элементов, меняя свое положение и размеры, вплоть до полного исчезновения в одни годы и появления в другие.
Более значительные сдвиги в эволюции наледей можно ожидать в зонах прерывистого и островного распространения многолетнемерзлых пород. Поскольку температура пород здесь, как правило, не ниже -3°С, потепление на 2-3°С приведет к практически полной их деградации. Следствием этого станет деградация наледей подземных вод и сохранение только небольших наледей грунтовых вод аналогично тому, что мы наблюдаем сейчас на Дальнем Востоке вне области многолетнемерзлых пород [2].
Если говорить о ближайших десятилетиях, то процессы наледеобразования будут крайне неустойчивы, однако общая тенденция их развития до середины XXI столетия будет направлена на усиление динамики наледео-бразования. Когда диапазон зимних температур совпадет с диапазоном, благоприятным для развития наледей, в долинах наледных рек следует ожидать роста наледей и изменения режима питания самих рек. Сдвиг в сторону «наледного коридора» подтверждается уже сегодня на основе инструментальных наблюдений: с 1970-х гг. зимы в Якутии потеплели на 7°С, в Прибайкалье - на 4°С, в Монголии - на 3°С [37].
В будущем тенденция потепления сохранится. Это
обусловлено тем, что вековой ритм, диктующий рост современных температур, развивается на фоне климатических фаз двух долгопериодичных ритмов - Шнитникова (1850 лет) и Миланковича (40700 лет). Несмотря на закономерный спад волны векового ритма после прохождения пика 2008 г. нижние пределы колебания температуры останутся на уровне верхних пределов 1930-х годов и создадут стабильный фон потепления на весь последующий период.
Прогноз усиления динамики наледей на волне глобального потепления подтверждается уже сегодня прямыми наблюдениями за наледями. Так, в наледных долинах Улахан-Тарын и Булус (Центральная Якутия) из десяти наледных сезонов текущего столетия только в четырех наледи не достигали максимальных параметров по площадям, объемам и мощности [40].
Полученную информацию следует учитывать при строительстве и обслуживании инженерных сооружений, подверженных разрушению наледями: автомобильных и железных дорог, мостов, линий электропередач, трубопроводов. Обезлесение берегов рек в результате воздействия наледей и возможности пожаров из-за большого количества мертвых деревьев могут привести к особенно мощным паводкам на всех наледных реках Сибири.
Л и т е р а т у р а
1. Алексеев В.Р. Наледеведение: словарь-справочник. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. - 438 с.
2. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. -Т. 11. Кн. 2. - М.: Изд-во Института географии РАН, 1997. - 270 с.
3. Толстихин О.Н. Наледи и подземные воды Северо-Востока СССР - Новосибирск.: Наука, 1974. - 164 с.
4. Алексеев В.Р Наледи Сибири и Дальнего Востока. - Новосибирск: Сибирское геогр. общ.: сб.. - № 8. - 1974. - С. 5-68.
5. Толстихин Н.И. Подземные воды Забайкалья и их гидро-локколиты // Тр. Комиссии по изучению вечной мерзлоты. -Т. 1. -Л.: Изд-во АН СССР, 1932. - С. 29-50.
6. Толстихин Н.И., Толстихин О.Н. Подземные и поверхностные воды территории распространения мерзлой зоны // Общее мерзлотоведение. - Новосибирск: Наука, 1974. - С. 192229.
7. Романовский Н.И. Подземные воды криолитозоны. - М.: Изд-во МГУ, 1983. - 231 с.
8. Толстихин Н.И. Подземные воды литосферы. - Госгео-лиздат, 1941. - 97 с.
9. Соколов Б.Л. Наледи и речной сток. - Л.: Гидрометеоиз-дат, 1975. - 190 с.
10. Никитина Н.М., Толстихин О.Н. О вертикальном распределении наледей в горах Восточной Якутии // Наледи Сибири. - М.: Изд-во «Наука», 1969. - С. 42-45.
11. Толстихин О.Н. Некрасов И.А. Природные условия Ленно-Индигирского района // Ресурсы поверхностных вод СССР - Т. 17. Лено-Индигирский район. - Л.: Гидрометеоиз-дат, 1972. - С. 14-79.
12. Ресурсы поверхностных вод СССР. - Т. 17. Лено-Индигирский район. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 651 с.
13. Некрасов И.А. Наледи восточной части Станового нагорья // Наледи Сибири. - М.: Наука, 1969. - С. 16-30.
14. Корейша М.М. Некоторые проблемы исследования наземных и подземных льдов Северо-Востока СССР // Вопр. криологии Земли. - М., 1976. - С. 170-173.
15. Преображенский В.С. Наледи и древнее оледенение Станового нагорья. - Зап. Забайк. Отд. Геогр. Об-ва СССР -Вып. 24. - Чита, 1963. - С. 131-134.
16. Некрасов И.А., Максимов Е.В., Климовский И.В. Последнее оледенение и криолитозона Южного Верхоянья. -Якутск, 1973. - 149 с.
17. Шейнкман В.С. К вопросу о взаимоотношении ледников и наледей // Исследование наледей. - Якутск: Изд-во Ин-та мерзлотоведения СО АН СССР, 1979. - С. 20-34.
18. Романовский Н.Н. О влиянии наледей на формирование рельефа прадолин Польши в перигляциальных условиях плейстоценового оледенения. - Изв. АН СССР. - Сер. Геогр. -№ 4. - 1972. - С. 106-113.
19. Яковлев О.Н. Корейша М.М. Мерзлотногидрогеологические исследования в районе Момо-Зырянской наложенной впадины. - Реферат // Инженерные изыскания в строительстве. - М.: ЦИНИС, Госсторой СССР. - Сер. 11. -1973. - Вып. 7/25. - С. 34-37.
20. Романовский Н.Н., Афанасенко В.Е., Корейша М.М. Многолетняя динамика наледей подземных вод. - Proc. Of the Third Intern. On Permafrost, 1978, v. 1, Ottawa, 1978. - Р 212218.
21. Гаврилова М.К. Метеорологические наблюдения в на-ледной долине Улахан-Тарын (Центральная Якутия) // Наледи Сибири. - М.: Наука, 1969. - С. 90-106.
22. Арэ Ф.Э. Механизм развития и деградации наледи источника Улахан-Тарын // Наледи Сибири. - М.: Наука, 1969. -С. 107-117.
23. Букаев Н.А. Основные закономерности режима гигантских наледей в верховьях р. Колымы // Наледи Сибири. - М.: Наука, 1969. - С. 62-78.
24. Шнитников А.В. Изменчивость общей увлажненности материков северного полушария. - М.; Л., 1957. - 275 с.
25. Максимов Е.В. Голоцен (ритмический вариант системы Блитта-Сернандера) // Известия ВГО. - 1986. - Вып. 1. - Т. 18.
- С. 10-20.
26. Максимов Е.В. Проблемы оледенения Земли и ритмы в природе. - Л.: Наука, 1972. - 273 с.
27. Максимов Е.В. Ритмичность природных явлений и ее смысл // Известия ВГО. - 1977. - Т. 109. - № 5. - С. 418-427.
28. Личков Б.Л. К основам современной теории Земли. - Л.: ЛГУ, 1965 - 119 с.
29. Неручев С.Г. Уран и жизнь в истории Земли. - Л.: Недра, 1982. - 208 с.
30. Максимов Е.В. Ритмы на Земле и в Космосе. - СПб.: Изд-во СПб. университета, 1995. - 324 с.
31. Максимов Е.В. Геологический ритм и великие ледниковые периоды // Известия ВГО. - 1990. - Вып. 4. - Т. 122. -С. 324-331.
32. Батурин А.М. Периодичность глобальных катастроф -12166 лет. http://www.nauka.kursk.ru/6/index1.php (дата обращения: 25.03.2010).
33. Исрапилов М.И. Наскальные рисунки Дагестана и колебания полюсов и наклона оси Земли в голоцене. - Махачкала: Юпитер, 2003. - 430 с.
34. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. - М.; Л.: ГОНТИ; Ред. техн.-теорет. лит., 1939. - 227 с.
35. Калесник С.В. Общие географические закономерности Земли. - М.: Мысль, 1970. - 283 с.
36. Козырев Н.А. Причинная или несимметричная механика в линейном приближении. - Л.: Пулково, 1958. - 90 с.
37. Гаврилова М.К. Изменение современного климата области «вечной мерзлоты» в Азии // Обзор состояния и тенденций изменения климата Якутии. - Якутск: СО РАН, 2003. - С.13-18.
38. Поморцев О.А., Кашкаров Е.П, Попов В.Ф., Толсти-хин О.Н., Ефремов В.С. Современное потепление климата как фактор потенциальной опасности криогенных проявлений на участке трассы Томмот-Якутск // Проектирование и строительство земляного полотна железной дороги Томмот-Кердим в
сложных инженерно-геокриологических условиях. Итоги инженерных изысканий в 2005 г.: материалы научно-технического совета 7-8 декабря 2005 года в г. Якутске. - М.: Проекттранс-строй, 2005. - С. 69-75.
39. Поморцев О.А., Кашкаров Е.П. Основа долгосрочного прогноза изменения климата // Материалы международных научных чтений «Приморские зори - 2007». - Вып. 1. - Владивосток: Изд-во ТАНЭБ, 2007. - С. 58-62.
40. Поморцев О.А., Мынбаева Г.У, Ефремов В.С. Влияние наледей на радиальный прирост сосен в Центральной Якутии //Материалы гляциологических исследований. - 2007. - Вып. 103. - С. 47-57.
O.A. Pomortsev, E.P. Kashkarov, VF. Popov
Ice field: global warming and processes of ice formation (rhythmic basis of long-term prognosis)
The authors consider the features of the spread icing on the North-East Eurasia, the conditions of their formation, and treatment and response to climate change. The resistance of warming up to the turn of the Millennium III justified under the models of 1850 and 40 700-year-old rhythms. The most likely scenario of ice formation at the XXI century is analyzed in the article. It is shown that significant shifts in the evolution of ice accumulation can be expected in areas of discontinuous and insular permafrost.
Key words: frost, ice formation, the source of water ice formation, ice crust of river water, ground water, frost groundwater, basin moisture, flow, thermal regime, snow cover, Pleistocene, Holocene, Shnitnikov rhythm, Milankovitch rythm, climate warming, permafrost conditions, hydrogenous talik, cryogenic pressure, under channel flow.
УДК 551.24:550.34(571.56) С.В. Трофименко
СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ МОДЕЛИ
СЕЙСМИЧНОСТИ
Рассмотрены модели сейсмичности на различных пространственно-временных масштабах и установлены закономерности в их динамике. Выделены две фазы развития сейсмического процесса и показана возможность прогнозирования периодов повышенной сейсмической активности. По характеру нестационарной фазы установлена длительность проявления афтершоковых последовательностей. Для стационарной фазы определен верхний предел скорости диссипативных процессов и энергетический параметр сейсмичности. Основные результаты исследований получены с использованием теории случайных функций.
Ключевые слова: сейсмичность, сейсмический процесс, скорость миграции очагов землетрясений, прогноз сейсмической активности.
Соотношение суммарной энергии землетрясений и их количества в пределах представительных энергетических классов
Динамика сейсмического процесса отражает интенсивность и изменчивость современных тектонических
ТРОФИМЕНКО Сергей Владимирович - к.г.-м.н., доцент Технического института (филиала) ГОУ ВПО «ЯГУ» в г. Нерюнгри. E-mail: [email protected]
деформаций земной коры. С другой стороны, периоды накопления и разрядки полей тектонических напряжений в земной коре должны соответствовать определенным изменениям в пространственной структуре сейсмического поля и его временных вариациях. В работе изложены основные результаты моделирования сейсмичности, изучения миграции очагов землетрясений, периодичности сейсмического процесса, статистических характеристик в распределении очагов землетрясений.
колледж, 4 кафедры, криминалистическая лаборатория с учебно-методическим полигоном «Осмотр места происшествия (жилища)», учебно-методическая лаборатория «Юридическая клиника», кодификационный кабинет, кабинет кафедры государственного права, компьютерный класс. Аудитории оснащаются мультимедийным оборудованием. На стадии формирования находится учебнометодическая лаборатория «Зал судебного заседания». Федеральное интернет-тестирование в режиме онлайн, проведенное методом случайной выборки студентов, показало весьма высокие результаты в освоении учебной программы. Коллектив достойно встречает свой пусть маленький, но важный юбилей. Работа преподавателей получила общественное признание, заслуги факультета не раз отмечены высокими наградами.
10-летний юбилей мы проводим в условиях рождения нового федерального университета. Для коллектива это означает новые по масштабу и качеству образования
задачи. По сути, мы говорим о подготовке и выпуске юристов, способных создавать и внедрять новые современные подходы к решению профессиональных задач, способствовать интеграции науки, образования и практической юриспруденции. Сегодня сообща мы должны задуматься не только о проблемах текущих, но и о перспективных направлениях, в которых будут развиваться юридическое образование и наука на территории республики. От нас зависит, каким будет профессиональный портрет выпускника Северо-Восточного федерального университета.
Таким образом, открытие юридического факультета Якутского госуниверситета не было случайностью. Оно было предопределено развитием общества и государства. Вот почему так важно прогрессивное становление юридического факультета в то время, когда на Северо-Востоке страны начинает функционировать федеральная университетская программа.
\
П р А в и л А
для авторов статей, публикуемых в журнале “Вестник Якутского государственного университета”
А
1. Редакция журнала просит авторов при подготовке статей к публикации руководствоваться изложенными ниже правилами. Статьи, присланные без соблюдения этих правил, редакцией к рассмотрению приниматься не будут.
2. Принимаются к печати статьи, содержащие не опубликованные ранее новые фактические данные или теоретические положения, а также статьи методического и хроникального характера, рецензии и др. в печатном и электронном виде. Обзорные статьи и материалы по истории наук, а также статьи по методике преподавания к печати не принимаются. Не принимаются к печати работы, представленные или принятые для публикации в другие печатные издания или электронные средства массовой информации.
Могут быть приняты к рассмотрению статьи, принятые к публикации в виде материалов научной конференции (обычно в форме тезисов).
3. Журнал “Вестник Якутского государственного университета” публикует научные статьи по всем направлениям наук.
4. Объем статьи, включая иллюстративный материал и список литературы, должен составлять 10-15, краткие сообщения - 3-6 страниц, хроника - 1-2 страницы. Статьи должны быть хорошо
кл
фо
ст
ав
(2 ле жи
- 1
ну
ть
на
бл
ск
но
до
то
ар
пе
по
не
ч
Между формулами, выделенными в отдельную строку, и текстом, а также между строками формул, следует оставлять пробелы не менее 1,2-2 см.
10. Весь иллюстративный материал (графики, карты, схемы, фотографии) именуются рисунками, имеет сквозную порядковую нумерацию (арабскими цифрами) и везде пишется сокращенно (например, рис. 1). Если они выполнены на отдельных страницах на обратной стороне карандашом пишется его порядковый номер, фамилия автора и название статьи. Рисунки и подписи к ним представляются в двух экземплярах. В работах биологического цикла в подписях названия видов, родов и семейств даются только на латинском языке.
Размер рисунка не менее 40-50 мм и не более 120-170 мм. К ним прилагается список под-рисуночных подписей, в которых приводятся указания размерности приведенных на рисунке величин. В тексте на полях указываются места для рисунков. Рисунки располагаются по тексту. Файлы рисунков должны быть продублированы.
11. Ссылки в тексте пишутся в виде номера арабской цифрой, взятой в квадратную скобку.
12. Цитируемая литература приводится на отдельной странице под заголовком “Литература”. Все работы перечисляются по порядку упоминания ссылок в тексте на языке оригинала. Для периодических изданий необходимо указать фамилию автора, инициалы, название статьи, название журнала, год издания, том, номер или выпуск, начальную и конечную страницы работы.
13. Статьи, не содержащие крупных таблиц и графиков, могут быть присланы по электронной почте. Рукописи, присланные по электронной почте, должны содержать один файл в текстовом формате.
14. Электронный вариант статьи представляется на дискете стандартного формата 3,5 '' или CD, на которые заносятся текстовые файлы редактора Word (95, 98, 2000) в формате rtf. Дать файлу понятное название, указать на наклейке дискеты формат и название файла, а также информацию о программном обеспечении.
15. Перед названием статьи обязательно указать УДК.
16. Плата с аспирантов за публикацию рукописей на взимается.
17. Рукописи в печатном и электронном виде направляются по адресу: 677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58, УЛК, 205 каб. или 324 каб., УНИР, Келеберде Галине Петровне, тел. (411-2) 49-68-60. Эл. почта: [email protected].
ВЕСТНИК
ЯКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
УНИВЕРСИТЕТА
Научный журнал
Том 7 № 2
апрель-июнь
Редакторы
Г.П. Келеберда, Н.Ю. Печетова Компьютерная верстка Л.М. Винокурова Оформление обложки П.И. Антипин
Подписано в печать 23.06.2010. Формат 60x84/8.
Гарнитура “Таймс”. Печать офсетная.
Печ.л. 19,04. Уч.-изд.л. 23,8. Тираж 500 экз. Заказ .
Издательство ЯГУ, 677891, г. Якутск, ул. Белинского, 58 Отпечатано в типографии издательства ЯГУ
