CC BY
67НАЛЕДИ-ТАРЫНЫ - СЕЗОННОЕ ОЛЕДЕНЕНИЕ СИБИРИ
л
Владимир Романович Алексеев,
доктор географических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории инженерной геокриологии Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, г. Якутск
Ольга Михайловна Макарьева,
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Северо-Восточной научно-исследовательской мерзлотной станции Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (СВНИМС ИМЗ СО РАН), г. Магадан
Наталия Вадимовна Нестерова,
научный сотрудник СВНИМС ИМЗ СО РАН, г. Магадан
Андрей Николаевич Шихов,
кандидат географических наук, доцент Пермского государственного
национального исследовательского университета, г. Пермь
Андрей Алексеевич Осташов,
младший научный сотрудник СВНИМС ИМЗ СО РАН, г. Магадан
Анастасия Александровна Землянскова,
младший научный сотрудник СВНИМС ИМЗ СО РАН, г. Магадан
В. Р. Алексеев, О. М. Макарьева, Н. В. Нестерова, А. Н. Шихов, А. А. Осташов, А. А. Землянскова DOI: 10.24412/1728-516Х-2021-1-3-13
Наледи-тарыны - широко распространённое природное явление Сибири. Один из первых исследователей наледей А. Ф. Миддендорф называл их накипнями и ледяными долинами. «Накипни, - считал он, - всегда происходят от замерзания воды, вытекающей на мёрзлую почву или на готовый лёд» [1, с. 423]. В 1903 г. горный инженер С. А. Подъяконов писал: «Наледь - по-якутски "тарын" - это знакомые слова для всякого путешественника по Северу и особенно по Северо-Востоку Сибири... Зимой под этими словами подразумевается появление среди скованной морозом природы текущей или стоячей воды, которая пропитывает покрывающий землю снежный покров, затопляет покрытые льдом русла рек и целые долины. Летом наледь - это громадные, толщиной в несколько сажен ледяные поля, покрывающие целые десятины, а иногда и десятки квадратных вёрст, и окаймлённые, как венцом, цветущим ковром растительности» [2, с. 305].
Места формирования наледей-тарынов издревле привлекали внимание коренных жителей гор, тайги и тундры. Зимой они использовались для передвижения на собаках, оленях или лошадях, а в тёплое время года, - как прекрасные пастбища и места произрастания полезных пищевых и лекарственных растений. Многие наледные участки речных долин славились целебными родниковыми водами. На «берегах» наледных полян устаивались летние стойбища, родовые праздники и семейно-бытовые обряды, сюда съезжались вожди племён для решения важнейших проблем сосуществования кочевых народов Севера и высокогорья. Для аборигенов наледные ландшафты - привычная часть окружающего мира, подобная многим другим природно-тер-риториальным комплексам. Сибирским землепроходцам XVII в., шедшим «встречь солнца», наледи также были не в диковинку. Они часто встречали их на Полярном Урале, в бассейнах рек Енисея и верхней Лены, только там ледяные массивы были меньшего размера. У европейцев же, впервые попавших на край Земли - в Якутию и на Чукотку, гигантские наледи-тарыны вызывали чувство крайнего удивления. Да и как не удивиться, если в жуткие трескучие морозы среди сплошной вечной мерзлоты и белого безмолвия вдруг встречаются невесть откуда взявшиеся потоки дымящейся воды или летом перегораживают путь огромные
Рис. 1. Наледи-тарыны - одно из самых удивительных и загадочных явлений криолитозоны.
а - ледяное поле на р. Нелкандже в разгар зимы; б - разрушающийся массив наледного льда в тёплое время года, р. Анмангында.
Фото А. А. Землянсковой
глыбы голубого слоистого льда среди цветущих лугов и тайги (рис. 1). Многие светлые умы терялись в догадках о причинах этого феноменального явления. Не так-то просто было в то далёкое время разгадать жгучую загадку Природы. Она и теперь, спустя три столетия, не до конца раскрыта учёными. Впрочем, местные жители на вопрос, откуда берутся наледи, уверенно отвечают: «От ключей, от родников, конечно!» И это правда. Вот только неизвестным оставалось происхождение самих постоянно действующих источников.
Но не только этот вопрос волновал учёных и инженеров. Начавшиеся в XX в. индустриализация криолитозоны, разведка и добыча полезных ископаемых, строительство населённых пунктов, дорог, мостов, подземных и наземных коммуникаций потребовали решения важнейшей практической задачи - защиты от вредного влияния наледных процессов, масштабы которых в горных регионах ежегодно приобретают катастрофические размеры. Шутка ли? Ведь самые «жизнеобеспечивающие» участки территории» - днища речных долин -в холодное время года становятся почти недоступными.
Давным-давно известно, что наледи-тарыны - это опаснейшая стихия воды и льда, которую трудно предсказать, а ещё труднее остановить или уничтожить. Чтобы представить по-настоящему экстремальные условия освоения «ледяных долин» Севера, рекомендуем посмотреть несколько видеороликов из сети Интернет (https:// youtu.be/VlgsqywfXiM...; https://youtu.be/j-t5xNxCpSw...; https://youtu.be/yOH4r1AMRXY?t=23; https://youtu.be/ YWMAmU6PUrU и др.). Заметим, что в условиях сурового арктического климата и сплошной вечной мерзлоты оказались не пригодными принципы и методы борьбы с наледями, разработанные в 30-е гг прошлого столетия для южных районов криолитозоны - Забайкалья, Амурской области и Приморья. Задача эта настолько сложная, что решение её отодвинулось на многие десятки лет и лишь теперь стало возможным снять некоторые проблемы благодаря развитию современной техники и новейших знаний о природе и распространении наледных явлений. Особенно актуально изучение наледей-тарынов в связи с предстоящим широкомасштабным освоением минерально-сырьевых, гидроклиматических, биологических и других ресурсов Севера.
Исторически сложилось так, что первая специальная академическая экспедиция для изучения наледей-гигантов Северо-Востока России была организована лишь в 1939 г. по инициативе основоположника отечественного мерзлотоведения Михаила Ивановича Сумгина, хотя краткие сообщения о них поступали от многих учёных и путешественников, начиная с конца XVIII в. Экспедиция состояла из двух молодых научных сотрудников В. П. Седова, П. Ф. Швецова и трёх рабочих. Исследования проводились в районе гигантской Кыра-Нехаран-ской наледи, открытой еще Г. Л. Майделем в 1866 г., куда отряд в сопровождении каравана оленей прибыл 7 мая. За два месяца напряжённой работы учёные собрали большой, исключительно ценный материал, который был опубликован в журналах «Наша страна», «Наука и жизнь», «Советская геология», «Доклады Академии Наук», а также обобщён в небольшой книге «Гигантские наледи и подземные воды хребта Тас-Хаяхтах» [3]. Это были первые обстоятельные сведения, освещавшие морфодинамические особенности, строение и вопросы происхождения гигантских наледных полей криолитозоны и питающих их источников. Планировалось продолжить начатые полевые исследования, однако помешала Великая Отечественная война. Исследования возобновились в конце сороковых годов геологом А. С. Симаковым в процессе широкомасштабных геолого-съёмочных работ. На основе своих многолетних наблюдений он первым указал, что наледи-тарыны представляют собой своеобразный тип оледенения горных стран, который можно рассматривать как существенный геологический фактор формирования и развития речных долин. Он также заметил, что источники, питающие наледи в условиях Северо-Востока СССР, могут иметь решающее значение для целей водоснабжения, а миграцию наледей во времени и пространстве следует изучать и учитывать при поисках россыпных месторождений полезных ископаемых [4].
Тогда же началась первая каталогизация наледей-гигантов, которая продолжалась 10 лет - с 1947 по 1958 гг. Используя только что появившиеся чёрно-белые аэрофотоснимки и топографические карты, А. С. Симаков и З. Г. Шильниковская подготовили уникальное рукописное произведение - «Кадастр наледей Северо-Востока СССР» [5, 6], к которому прилагалась карта наледей масштаба 1: 200 000 (рис. 2). Составление карты и кадастра выполнено по плану Центральной комплексной тематической экспедиции Северо-Восточного геологического управления Министерства геологии и охраны недр СССР
Карта наледей состоит из 10 листов, размноженных фотопутём до 4 экземпляров. На листах карты отражено местоположение 7448 наледей, в том числе имеющих площадь менее 1 км2 - 4390, площадью от 1 до 5 км2 - 2216, от 5 до 10 км2 - 269, от 10 до 25 км2 - 113, более 25 км2 - 18. Площадь 7006 наледей определена методом дешифрирования аэрофотоснимков и последующим планиметрированием выделенных контуров наледных полян, остальные 442 нанесены на карту по данным геологических отчётов. Самую большую площадь занимает Большая Момская наледь - 84,1 км2. При средней мощности льда 3 м, вычисленной по измерениям на 245 ледяных массивах, суммарный объём наледей-тарынов на Северо-Востоке СССР оценивался в 31,5 млрд м3.
Кадастр и карта наледей сыграли исключительно важную роль в развитии дальнейших исследований
- 0
[ПЛВ'ЫЕШН! иитши №»!)[ , 14*1 »ЧАО ИМ - • Ни« и к (Н!1 м
КАРТА И АЛ ЕЛЕН ШР1Н0СТМ ССйг
Чатаг!« ггОООСОЭ
Ьсгния *Саи«Ш<З.Г.ШН№нК0№^
швг-
Рис. 2. Фрагмент Карты наледей Северо-Востока СССР, составленной А. С. Симаковым и З. Г. Шильниковской в 1958 г.
тарынов, став информационной основой ряда выдающихся научных работ. Начался самый яркий, самый плодотворный период в истории изучения наледей Северо-Востока России. За первые тридцать лет (до разрушения Советского Союза) по полученным материалам защищено 3 докторских и 4 кандидатских диссертации, опубликовано 5 монографий и несколько десятков прекрасных научных статей в высокорейтинговых журналах нашей страны и за рубежом. В исследованиях участвовали учёные и специалисты Магаданского, Якутского и Певекского Управлений гидрометеослужбы, Государственного гидрологического института (ГГИ), Ленинградского гидрометеорологического института (ЛГМИ), Института мерзлотоведения им. В. А. Обручева (ИМ АН СССР), Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова (ИМЗ СО РАН), Производственного и научно-исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС), Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (МГУ, кафедра мерзлотоведения), Всесоюзного научно-исследовательского института золота и редких металлов (ВНИИ-1), Северо-Восточного комплексного научно-исследовательского института (СВКНИИ), Тихоокеанского института географии (ТИГ ДВО РАН) и др. Работы по изучению наледей развивались по инициативе отдельных учёных или небольших групп, при этом все исследования поддерживались государством. Изучались следующие основные аспекты:
1) закономерности географического распространения наледей, условия и факторы их развития; 2) внутри-годовая и многолетняя динамика тарынов; 3) наледное регулирование подземного и речного стока; 4) геологическая и ландшафтообразующая деятельность нале-дей-тарынов.
Достижения в обозначенных направлениях связаны с именами В. Р. Алексеева, В. Е. Афанасенко, Е. Л. Боя-ринцева, Н. А. Букаева, А. М. Догановского, В. М. Лебедева, И. А. Некрасова, А. И. Калабина, И. В. Климов-ского, А. С. Кузнецова, М. М. Корейши, В. М. Пигузовой, Н. Н. Романовского, Б. Л. Соколова, О. Н. Толстихина, П. Ф. Швецова, В. С. Шейнкмана, В. В. Шепелёва. Полученные сведения в конечном итоге консолидировались в виде совокупности знаний, которые определили лидирующее место нашей страны в области изучения наледей и наледных процессов. Более того, они стали основой нового научного направления в криологии Земли - наледеведения. Здесь нет возможности осветить результаты всех выполненных работ. Остановимся лишь на важнейших аспектах, касающихся северо-восточной части России.
1. Закономерности географического распространения наледей, условия и факторы их развития. В 1951 г. вышла из печати монография П. Ф. Швецова, в которой сделана попытка увязать региональные особенности распределения наледей с геологической, тектонической и мерзлотно-гидрогеологической обста-новками. Громадный фактический материал, собранный в процессе длительных, преимущественно зимних маршрутов, позволил автору создать карту наледей
бассейна р. Индигирки, а также оценить роль крупных ледяных массивов в речном стоке и высказать предположение о несовпадении поверхностных водосборов с бассейнами подземных вод, питающих отдельные тары-ны [7].
В последующие годы на протяжении почти четверти века исследование наледей стало регулярным. Особенно большой вклад внесли в это дело сотрудники Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН. Анализ Кадастра и Карты наледей А. С. Симакова и З. Г. Шильниковской, выполненный с учётом новых материалов о природе Северо-Востока России, а также специальные экспедиционные работы, подтвердили сделанный ранее вывод о неоднородности географического распространения наледей. Впервые на гигантскую территорию региона Б. Н. Соколовым была составлена карта относительной наледности [8], О. Н. Толстихиным выполнено дробное наледное районирование территории, а также установлена конкретная связь тарынов со строением рельефа и неотектоникой [9]. Оказалось, что при прочих равных условиях неотектонические движения фактически определяют распространение наледей, при этом они выступают как прямыми, так и косвенными факторами.
Важные сведения получены о влиянии на распределение наледей мерзлотно-гидрогеологических условий. Установлено, что большинство гигантских наледей-та-рынов напрямую связано с напорными гидрогеогенны-ми и грунтово-фильтрационными таликами, а также с современными и древними формами оледенения. В распределении наледей выявлена вертикальная поясность. Диапазон высот каждого пояса и его положение меняются в зависимости от ориентации горных хребтов, глубины их расчленения и удалённости от берегов Северного Ледовитого и Тихого океанов.
На новом информационном уровне рассмотрен вопрос о питании наледей подмерзлотными водами (гипотеза П. Ф. Швецова) и водами подрусловых и пойменных таликов (гипотеза Б. В. Зонова). Исследователи пришли к заключению, что наледеобразующие воды являются частью единой гидродинамической системы, и потому определение генетической принадлежности та-рынов должно осуществляться с учётом характеристик водовыводящих таликов и естественных препятствий, встающих на пути движения подземных вод.
Многочисленными полевыми наблюдениями установлена связь наледей-тарынов с древними и современными ледниками и ледниковыми формами рельефа. Специальные исследования, проведённые под руководством И. А. Некрасова, показали, что в хребтах Сунтар-Хаята, Черского, Орулган, Корякского нагорья вблизи современных ледников формируются крупные наледи-тарыны. Их питание осуществляется талыми ледниковыми водами, которые или намерзают сразу у края ледника, или инфильтруются в толщу крупнообломочных отложений и выходят на поверхность на перегибах продольного профиля долин и в местах их сужений.
В целом для северо-восточной части Азиатского континента установлена сложнейшая картина распре-
деления наледных явлений, которая заметно меняется под влиянием потепления климата и динамики криогид-рогеологических систем.
2. Внутригодовая и многолетняя динамика наледей. Изучение динамики наледей-тарынов - очень трудоёмкий и дорогой процесс, поэтому данных об изменчивости морфологических характеристик ледяных массивов долгое время не было. Первые сведения о динамике тарынов появились в 40 годах в результате гидрогеологических изысканий Дальстроя, однако они были краткосрочными и касались в основном внутри-сезонного цикла развития наледей. Наиболее обстоятельные исследования внутригодового режима наледей предприняты в шестидесятых годах Институтом мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО АН СССР, Колымским и Чукотским управлениями Гидрометеослужбы СССР Наблюдения велись на специальных наледных полигонах в бассейнах рек Момы, Тихон-Юряха (речная система Индигирки), Анмангынды (правый приток р. Детрин, впадающий в Колыму), Кооквын (левый притока р. Паляваам на Чукотке). Выявлена характерная стадийность развития наледей, характеризующаяся неоднородными фазами нарастания и разрушения наледного льда (рис. 3). Продолжительность фаз меняется в зависимости от гидроклиматических условий на-ледеобразования и разрушения льда, а также размеров и местоположения ледяных массивов.
Самый продолжительный ряд наблюдений продолжительностью 30 лет получен на Анмангындинском на-ледном полигоне (рис. 4). Специально созданная для
Рис. 3. Стадии и фазы развития наледей Тихон-Юрях и Тарын-Юрях в бассейне р. Индигирки в течение 1966-1967 гг. По материалам В. В. Шепелёва [10].
1 - средняя декадная температура воздуха, 1,°С. Объём и прирост льда наледей Тихон-Юрях (2 и 4) и Тарын-Юрях (3 и 5) соответственно, 106 м3. I-IV - фазы развития наледи Тихон-Юрях в стадию формирования (оттенки голубого цвета) и в стадию разрушения (оттенки жёлтого цвета)
£*С
igeo 1это ws IÍW
Годы
30
SC ■
70-
3
£ н> ■
X № ■
V
(Í 40-
л
V м
О
м -
10 ■
а
1995
1К0
№5 1ÍS0 Годы
1Ж t»s
1Э70
t®5 !ЗЙ> ("оды
1&&5 19Э0
19Й> 1MÍ I9Í0 1975 1980 ГАД«
1885 1W 1995
Рис. 4. Многолетняя изменчивость объёма и условий формирования гигантской Анмангындинской наледи с 1962 по 1992 гг. [11].
а - изменение максимального в году объёма наледного льда (не залитым пунсоном показаны значения, рассчитанные с учётом выявленного тренда); б, в - изменение средней за октябрь и ноябрь температуры воздуха и суммы атмосферных осадков по данным метеорологической станции Усть-Омчуг; г - изменение среднего за ноябрь расхода воды в р. Анмангында в створе, расположенном ниже наледной поляны
этого гидрографическая партия просуществовала до 1977 г, после чего до 1992 г наблюдения с небольшими перерывами вели сотрудники гидрометеостанции Усть-Омчуг. Многолетние наблюдения позволили выявить вполне определённый тренд уменьшения максимальных годовых размеров наледей и их зависимость от средней за октябрь и ноябрь температуры воздуха и суммы атмосферных осадков. Этот важный вывод показал непосредственную связь размеров гигантских наледей-тарынов от характеристик климата, в частности, от его потепления, что в конечном итоге сказалось на общем водообмене мерзлотно-гидрогеологических структур.
3. Наледное регулирование подземного и речного стока. Исследования регулирующего влияния наледей начаты ещё на рубеже 20-30-х годов, но в полной мере осуществились только во второй половине XX в. именно на Северо-Востоке России. Для определения количества воды в наледях в условиях слабой гидрогеологической изученности региона, редкой и неравномерной сети гидрологических постов и станций, было предложено два метода: 1) расчленение гидрографа перемерзающих рек и прямой расчёт на основе найден-
ной статистической зависимости дебита наледеобра-зующих источников Q, л/с от площади наледей Fн, км2: Q = bFн , где Ь - эмпирический коэффициент, учитывающий климатические и геоморфологические условия наледеобразования. Более эффективным оказался второй способ, позволяющий оценивать запасы воды в наледях и общие ресурсы подземных вод по основным гидрогеологическим областям и по всему региону. Согласно расчётам О. Н. Толстихина, на Северо-Востоке России в наледях аккумулируется 26,2 км3 воды, что составляет 36,5 % естественных ресурсов подземных вод зоны свободного водообмена [9].
Важнейшим достижением в 70-80-х годах стали разработанные Б. Л. Соколовым методы расчёта подземного стока в реки мёрзлой зоны литосферы на основе генетического подхода к расчленению гидрографа. Оценки, выполненные по материалам многолетних наблюдений на 350 гидрологических пунктах, позволили составить карту потерь зимнего стока рек на образование наледей. Установлено, что наиболее существенное влияние наледи оказывают зимой и весной, контролируя в отдельных бассейнах до 70-90 % речного стока этих сезонов. В горных районах на питание наледей уходит
40-80 % объёма подземных вод, поступающих в речную сеть из недр земли. В большинстве речных бассейнов тарыны регулируют 5-10 % годового речного стока, а в отдельных бассейнах с большой наледностью - даже до 25 % [8]. Выявленные закономерности приобрели важное практическое значение при поисках источников водоснабжения для промышленных предприятий и населённых пунктов.
4. Гдологическая и ландшафтообразующая деятельность наледей. Изучение наледных явлений во второй половине XX в. вскрыло не только выдающееся значение тарынов как регуляторов водных ресурсов, но и показало их важнейшую роль в формировании и функционировании других элементов геолого-географической среды. Принципиально новой оказалась оценка геологической деятельности наледей-тарынов, выполненная на материалах по Северо-Востоку России Н. Н. Романовским, М. М. Корейшей и В. Р Алексеевым [1214]. Установлено, что наледи являются могучим фактором преобразования рельефа местности, состава и строения рыхлых отложений, почвенно-растительного покрова, микроклимата, термодинамического состояния подстилающих горных пород. На месте развития тарынов формируется особый тип криогенных ландшафтов - так называемые наледные поляны, представляющие собой относительно ровные, расширенные участки дна долины с характерным микрорельефом, микроклиматом, водно-термическим режимом и биологическим потенциалом.
В пределах наледных полян развивается комплекс опасных криогенных явлений, которые определяют специфику инженерно-геологических условий речных долин. Особенно опасно площадное и локальное пучение льда и горных пород. Ледяные и грунтовые бугры на наледях обычно маркируют участки высоких криогидроди-намических напряжений, которые часто разрешаются взрывом и выбросом потоков наледеобразующих вод (рис. 5, а, б). Зимой под наледями на глубине 0,2-0,8 м от поверхности земли образуются слои и линзы инъекционного льда толщиной до 1,0 м с включениями большого количества гравия, валунов и гальки (рис. 5, в, г). Площадь такого ледогрунтового комплекса занимает от 10 до 80 % зрелых наледных полян. Летом на месте бугров и площадей пучения возникают термокарстовые провалы, борозды, канавы или серия одноу-ровенных террас высотой 0-0,8 м, разделённых руслами мигрирующих водотоков. Ежегодные термоэрозионные процессы
приводят к тому, что дно долины на наледных участках расширяется и выравнивается, растительный покров уничтожается или трансформируется, а русловая сеть превращается в сложно ориентированную подвижную систему мелководных извилистых каналов. Подстилающие наледь отложения с годами интенсивно перерабатываются, промываются и приобретают ряд новых свойств, не характерных для обычного аллювия.
Анализ аэро- и космических снимков хорошо выраженных наледных полян, а также наземные
Рис. 5. Наледи-тарыны - арена особо опасных криогенных явлений.
а - осевший ледяной бугор пучения - признак постоянных вертикальных деформаций ледяного массива; б - разрушенный грунтовый бугор пучения с вытаивающим ледяным ядром-гидролакколитом: в - слой вакуум-инъекционного льда с включением валунов в основании наледи-тарына; г - ледогрунтовая брекчия, подстилающая массив наледного льда. Её вытаивание приводит к массовым термокарстовым просадкам.
Фото О. М. Макарьевой
наблюдения, позволили определить характерные признаки гидрографической сети, на которых формируются наледи-тарыны. Появилась возможность дистанционно изучать плановую структуру наледных ландшафтов. Серии снимков разных лет открыли путь к оценке динамики руслообразующих процессов в наледных долинах в годовом и многолетнем циклах развития. Показано, что многолетняя миграция наледей есть следствие изменения климата, а также результат саморазвития наледных систем в относительно стабильных гидроклиматических условиях [12-14].
Приведённый нами краткий обзор не охватывает всех аспектов наледной тематики. Мы коснулись лишь основных вопросов и проблем. В полном объёме результаты исследований отражены в обширной научной литературе, список которой превышает 300 наименований. Однако и изложенного материала, на наш взгляд, достаточно, чтобы представить масштабы и специфику развития «необычной» формы оледенения на гигантской территории к востоку от меридионального течения р. Лены. К сожалению, изучение наледных явлений в нашей стране, в том числе и на Северо-Востоке России, полностью прекратилось после 1990 г. в связи с наступившим социально-политическим кризисом. Информационный провал продолжительностью 30 с лишним лет, вызванный отсутствием средств на экспедиционные и стационарные наблюдения, сказался и ещё скажется на решении многих практических задач, связанных с жизнедеятельностью населения и освоением природных ресурсов наледных регионов страны.
Однако не всё так печально и тревожно. Около двух лет назад нашлись молодые любознательные люди, которые не просто заинтересовались наледной тематикой, но активно включились в процесс изучения феноменального явления криосферы на новом информационно-технологическом уровне. Коротко осветим результаты этих новаторских работ.
Исследования начаты осенью 2019 г. по проекту Русского географического общества на основе Договора № 26/2019-И с Институтом мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН. Тогда же была сформирована рабочая группа под руководством профессора В. Р. Алексеева. Ответственным исполнителем проекта назначена ведущий научный сотрудник Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, гидролог из Санкт-Петербургского государственного университета, кандидат технических наук Ольга Михайловна Макарь-ева, которая не только сама переехала в Магадан, но и «умудрилась» привезти с собой на постоянное место жительства трёх молодых сотрудников: Н. В. Нестерову, А. А. Землянскову, А. А. Осташова. Одним из инициаторов исследований и активным участником группы стал доц., к.г.н. А. Н. Шихов (Пермский государственный национальный исследовательский университет). В работах принимают участие сотрудники Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН: с.н.с., к.г.-м.н. Л. А. Гагарин; к.г.-м.н. В. Е. Тумской; м.н.с. К. П. Данилин; с.н.с., к.г.-м.н. И. И. Христофоров и м.н.с. А. И. Васильев. Также задействованы сотрудники Института нефте-
газовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН (г. Новосибирск): с.н.с., к.т.н. В. В. Потапов; в.н.с., к.г.-м.н. В. В. Оленченко и в.н.с. Государственного научного центра «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» Росгидромета к.г.н. А. А. Екайкин.
Группа поставила перед собой следующие задачи: 1) собрать, систематизировать и осуществить анализ имеющихся сведений о распространении и пространственно-временной изменчивости гигантских наледей-тарынов, формирующихся на территории Якутии, Магаданской области и Чукотки; 2) на основе полевых экспедиционных исследований выявить дешифровоч-ные признаки наледей и наледных ландшафтов на аэрофото- и космических снимках; 3) разработать алгоритм идентификации (опознания) наледных явлений и сопутствующих опасных криогенных процессов; 4) составить Каталог наледей-тарынов и сравнить его с Каталогом наледей А. С. Симакова и З. Г. Шильниковской; 5) подготовить электронный Атлас гигантских наледей-тарынов Северо-Востока России, в котором раскрыть историю изучения, происхождение и специфические особенности ледяных образований, а также поместить составленные карты распространения и условий формирования наледей по бассейнам основных рек региона - Яны, Индигирки, Колымы, Анадыря и др.
Для картографирования наледей использовались два основных источника информации: Карта и Кадастр наледей Северо-Востока СССР [5, 6] и спутниковые снимки Landsat-1, сенсор MSS (1973-1974 гг.), Landsat-8 (2013-2019 гг.), Sentinel-2 (2019 г.). Характеристики наледей из Кадастра (1958 г.) были оцифрованы и привязаны к топографическим картам масштаба 1:200 000, что обеспечило точность оценки местоположения ледяных массивов в пределах 100 м. Современные размеры тарынов и их географическое положение определялись по снимкам со спутника Landsat-8 (радиометр OLI), полученным после схода снежного покрова. Выбор дат съёмки производился таким образом, чтобы выделить максимально возможное количество наледей, так как в июне происходит их интенсивное разрушение. Всего было обработано более 100 сцен. Самая ранняя из выбранных дат съёмки - 15 мая, самая поздняя - 26 июня. Снимки загружались с веб-сервиса Геологической службы США (http://earthexplorer.usgs.gov).
При картографировании наледей использовались снимки, сделанные с 2013 по 2019 гг. и выбранные по оптимальным характеристикам облачности и дате съёмки. Более 50 % всех данных о наледях получены по материалам съёмок, выполненных с 31 мая по 6 июня 2016 гг.
В этот период наблюдалась наиболее устойчивая малооблачная погода. Предварительная обработка снимков (пересчёт из яркостей в коэффициенты отражения) осуществлялась средствами модуля SemiAutomatic Classification Plugin в программе Qgis 2.18. Алгоритм выделения наледей реализован в пакете ArcGis с помощью приложения ModelBuilder. В итоге проведённых работ составлены электронный Атлас гигантских наледей-тарынов Северо-Востока России и четыре базы данных о наледях по основным бассейнам
рек - Яне, Индигирке, Колыме и Анадырю (получили государственную регистрацию). В базу данных помещены сведения о запасах наледного льда. Атлас наледей состоит из двух частей - иллюстративно-аналитической и картографической. В первой части освещены история изучения наледей-тарынов, описано их происхождение, форма, размеры, строение, изменчивость во времени и пространстве, раскрыта зависимость ледяных массивов от мерзлотно-гидрогеологических, гидроклиматических, геоморфологических и геотектонических условий. Во второй части помещено 90 тематических карт, на которых отражено современное географическое положение и размеры около 7000 ледяных полей, наледная опасность, запасы воды в наледях и другие характеристики. Примеры наледных карт, помещённых в Атласе, показаны на рис. 6. Многолетняя изменчивость размеров наледей и их распределение по высотным поясам отражены на гистограммах, в таблицах, раскрыты в кратких пояснительных текстах.
Выполнена оценка многолетней изменчивости размеров тринадцати гигантских ледяных массивов, расположенных в разных частях региона. Особый интерес представляют сведения по двум крупнейшим объектам: Большой Момской наледи, формирующейся в долине р. Мома (по данным Кадастра площадь её равна 82 км2), и группы наледей в бассейне левого притока р. Индигирки - р. Сюрюктях (общая площадь по данным Кадастра достигает 288 км2). Для определения параметров наледей использованы безоблачные снимки со спутников Landsat-5 (TM), Landsat 7 (ETM+) и Landsat-8 (OLI) с датами съёмки между 1 мая и 30 июня в период 2001-2017 гг. За это время площадь Момской наледи перед началом её разрушения изменялась от 66,2 км2 в 2005 г. до 21,9 км2 - в 2017 г., т.е. сократилась в 2 раза. Группа Сюрюхтяхских наледей достигла максимума в 2012 г. (268 км2), а минимума (69,7 км2) - в 2002 г. Определённой закономерности в межгодовой изменчивости наледей не обнаружено. Средняя площадь Момской наледи за 8 лет наблюдений указанного периода составила 46,8 км2, а группы Сюрюктяхской наледи - 146,5 км2. Кроме того, на основе изучения серийных космосним-ков проведена оценка внутригодовой динамики наледей в период их таяния. Построены картограммы изменения площади наледей на реках Сюрюхтях, Мома, Адыча, Улахан-Саккырыр, Сугун, Ильгувем, Анмангында, Тарю-
рер, Пыкарваал, Нядбаки и др. Установлено, что в процессе таяния гигантские ледяные массивы распадаются на ряд блоков сложной конфигурации. Наиболее долго сохраняются блоки мощностью 3-5 м, расположенные вблизи зоны разгрузки подземных вод. Некоторые из них перелетовывают, т.е. включаются в цикл развития следующего года.
Полученные данные о размерах наледей в период их максимального развития (перед началом активного снеготаяния) позволили рассчитать суммарные ежегодные запасы наледного льда (таблица), а также построить карты наледных ресурсов по отдельным бассейнам и по всему региону (рис. 6, в). В целом на Северо-Востоке России в условиях современного климата ежегодно формируется не менее 10,6 км3 наледного льда, что соответствует примерно 5 мм слоя наледного стока.
Атлас и базы данных гигантских наледей-тарынов открывают новый этап в изучении «необычного» и во многом неизвестного оледенения Северо-Востока России. Полученные материалы фиксируют местоположение и размеры ледяных массивов спустя 50-70 лет после их первой регистрации на чёрно-белых аэрофотоснимках в конце 1940 гг. Характеристики наледей, в том числе сведения о погодовой изменчивости некоторых гигантских ледяных полей, свидетельствует о больших изменениях в общей картине наледности региона. Объём полученных материалов оказался настолько велик, что времени на детальный анализ и обобщение данных не осталось. Вместе с тем для выяснения полной картины оледенения многих необходимых сведений явно не хватало. Поэтому нами была подана и поддержана заявка на продолжение проекта, цель которого - детализировать выявленные закономерности распространения наледей-тарынов, выявить их сезонную и многолетнюю изменчивость, влияние на природную среду и хозяйственную деятельность человека, а также количественно оценить вклад ледяных полей в процессы водо- и энергообмена криолитозоны Северо-Востока России. Продолжение проекта было поддержано Русским географическим обществом, и намеченный план работы в настоящее время активно реализуется. Кроме этого, сформировавшаяся группа в своих исследованиях получила поддержку Российского фонда фундаментальных исследований по проекту № 20-05-00666 «На-леди-тарыны Северо-Востока России как индикаторы
Наледные ресурсы основных бассейнов рек Северо-Востока России
Реки Площадь бассейна, км2 Наледность, % Площадь наледей, км2 Объём наледей, км3 Запас воды в наледях, мм
Яна 224000 0,23 505 1,1 4,5
Индигирка 305000 0,55 1663 4,25 1,1
Колыма 643000 0,19 981 2,2 3,0
Пенжина 73500 0,26 189 0,4 5,1
Анадырь 156000 0,26 398 0,85 5,1
Амгуэма 26400 0,39 192 0,2 7,5
Всего 1427900 3228 9,0
Среднее - 0,31 - - 4,4
Н&ЛйДныб ресурсы Пй данным laildi.it £2*113-21119 гг.) и - и1.' ги
I* И ИЛИ"» «1-1
с С'"1"
■К
,1 ЦДИЦЦ - ГМ£ Ьн— I -
IV р'-'ШТп - |{Н1Н1
* Р ГЪ-гш-г «ч<
| Ч^Ь,11™»."» I»
Рис. 6. Примеры карт в Атласе гигантских наледей-тарынов Северо-Востока России.
а - протяжённость наледей по длине рек в бассейне р. Анадырь; б - наледная опасность в бассейне р. Колыма; в - наледные ресурсы Северо-Востока России по современным данным
трансформации геокриологических систем в условиях изменений климата» (договор с Институтом мерзлотоведения СО РАН от 05.03.2020 г.). Это позволило начать режимные наблюдения на нескольких опорных наледях в бассейне р. Колымы, в частности, возобновить круглогодичные исследования Анмангындинского тарына с использованием современных методов дистанционного зондирования и наземных геофизических наблюдений (рис. 7, 8). Начиная с июля 2020 г., на Анмангындинском полигоне выполнены следующие виды работ: 1) оборудованы 3 гидрологических поста и метеорологическая станция для наблюдения за режимом стока и климатическими параметрами в зоне наледеобразования; 2) проведено ландшафтное и геодезическое профилирование наледной поляны и ледяного массива в зимний период 2020-2021 гг.; 3) осуществлена съёмка наледно-
го полигона и геокриологических объектов с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА), построен ортофотоплан наледной поляны, определена площадь наледной поляны (7,2 км2); 4) отобраны пробы воды и льда на химический и изотопный анализы; 5) по данным нивелировочных съёмок и наблюдений на индикационных площадках рассчитаны величины и скорости стаи-вания и намораживания наледного льда и пр.
В рамках полевых работ также выполнено обследование характерных наледей, расположенных вдоль трассы Р504 «Колыма» (наледь на р. Левая Хета и др.). Изучен комплекс перелетовывающих тарынов на р. Кю-бюме (Оймяконский улус Республики Саха (Якутия), получены ортофотопланы наледных полян и льда, проведён экспресс-анализ наледеообразующих вод и др. Комплекс перелетовывающих наледей на р. Кюбюме определён в качестве репрезентативного объекта дальнейших исследований.
Рис. 7. Исследования на наледном полигоне Анмангында в бассейне р. Колымы.
а - излияние воды на поверхность льда при минус 50 °С; б, в - нивелировка ледяного массива в жгучие морозы - дело не только сложное, но и опасное; г - молодость непобедима! Группа молодых сотрудников Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, изучающих динамику
Амангындинского тарына в зиму 2020-2021 гг. (слева направо): Н. В. Нестерова, О. М. Макарьева, А. А. Осташов, А. А. Землянскова.
Фото О. М. Макарьевой
Рис. 8. Современные методы изучения гигантской наледи Анмангында.
а - определение геоэлектрического строения среды под наледью и её ближайшими окрестностями до глубин 500 м методом становления поля в ближней зоне (ЗСБ). Оператор - В. В. Потапов; б - определение мощности ледяного тела наледи методом георадарной съёмки в период максимального развития наледи. Данные снимают К. П. Данилин, А. А. Осташов; в - измерение скорости течения талых вод на поверхности наледного льда. Замеры проводит Н. В. Нестерова; г - запуск беспилотного летательного аппарата
(квадрокоптера) с видеокамерой для съёмки наледного полигона. Оператор - О. М. Макарьева.
Фото О. М. Макарьевой
Совокупность данных, накопленных к настоящему времени, требует осмысления, анализа и приращения. Очевидно, что и исторические, и современные данные свидетельствуют о том, что наледи-тарыны представляют собой уникальный объект криосферы. Есть надежда на то, что начатая нами работа по обновлению кадастра гигантских наледей-тарынов, изучению их динамики и распространения станет началом дальнейших широкомасштабных исследований не только на северо-востоке, но и в других частях нашей страны.
Работа выполнена при поддержке РГО, проект № 07/2021-И «Атлас гигантских наледей-тарынов Северо-Востока России (продолжение)» и РФФИ, проекты №№ 20-05-0066 и 19-55-80028.
Список литературы
1. Миддендорф, А. Ф. Путешествие на Север и Восток Сибири. Ч. I. Север и Восток в естественно-историческом отношении. Отдел III. Климат Сибири / А. Ф. Миддендорф. - СПб., 1862. (Разделы: «Наледи и ледяные долины» - с. 414-428; «Географическое распространение ледяной почвы» - с. 466-477).
2. Подъяконов, С. А. Наледи Восточной Сибири и причины их возникновения / С. А. Подъяконов // Изв. РГО. - 1903. - Т. XXXIX. - С. 305-337.
3. Швецов, П. Ф. Гигантские наледи и подземные воды хребта Тас-Хаяхтах / П. Ф. Швецов, В. П. Седов. - М.-Л. : Изд-во АН СССР, 1941. - 81 с.
4. Симаков, А. С. Некоторые данные о наледях Колымо-Индигирского края / А. С. Симаков // Мат-лы по геологии и полезным ископаемым Северо-Востока СССР. - Магадан, 1949. - Вып. 6. - С. 66-80.
5. Симаков, А. С. Карта наледей Северо-Востока СССР масштаба 1:200 000 / А. С. Симаков, З. Г. Шиль-никовская. - Магадан : Северо-Восточное территориальное геологическое управление. Центральная комплексная тематическая экспедиция, 1958. - 40 с. (Рукопись).
6. Шильниковская, З. Г. Кадастр к Карте наледей Северо-Востока СССР масштаба 1:2 000 000, составленной А. С. Симаковым и З. Г. Шильниковской / З. Г. Шильниковская. - Магадан : Северо-Восточное территориальное геологическое управление. Центральная комплексная тематическая экспедиция, 1958. - 398 с. (Рукопись).
7. Швецов, П. Ф. Подземные воды Верхоянско-Ко-лымской горно-складчатой области и особенности их проявления, связанные с низкотемпературной вечной мерзлотой / П. Ф. Швецов. - М. : Изд-во АН СССР, 1951. - 279 с.
8. Соколов, Б. Л. Наледи и речной сток / Б. Л. Соколов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 190 с.
9. Толстихин, О. Н. Наледи и подземные воды Северо-Востока СССР / О. Н. Толстихин. - Новосибирск: Изд-во «Наука» (Сиб. отд-ние), 1974. - 164 с.
10. Шепелев, В. В. Оценка наледного питания и на-ледного стока бассейнов рек Момы и Тихон-Юрях (притоки Индигирки) /В. В. Шепелев //Геокриологические и гидрологические исследования Сибири. - Якутск : Кн. изд-во, 1972. - С. 187-190.
11. Алексеев, В. Р. Многолетняя динамика размеров Амангындинской наледи в условиях изменений климата / В. Р. Алексеев, Е. Л. Бояринцев, В. Н. Довбыш // Современные проблемы стохастической гидрологии и регулирования стока : труды Всероссийской научной конференции, посвященной памяти выдающегося учёного-гидролога А. В. Рождественского, Москва, 10-12 апреля 2012 г. - М., 2012. - С. 298-305.
12. Романовский, Н. Н. О геологической деятельности наледей / Н. Н. Романовский // Мерзлотные исследования. - М.: Изд-во МГУ, 1973. - Вып. XIII. - С. 66-89.
13. Корейша, М. М. Оледенение Верхоянско-Ко-лымской области / М. М. Корейша. - М. : Междувед. геофиз. ком., 1991. - 143 с.
14. Алексеев, В. Р. Криогенез и геодинамика на-ледных участков речных долин / В. Р. Алексеев // Геодинамика и тектонофизика, - 2015. - Т. 6, вып. 2. -С. 171-224.
МХШ мушых Ш1СМЖ
К тому, кто всё отдаёт, всё и приходит.
Симеон Афонский
Деньгами должно владеть так, чтобы мы властвовали над ними, а не они над нами.
Иоанн Златоуст
Только со смертью догмы начинается наука.
Галилей
