CC BY
0О КАТАСТРОФИЧЕСКОМ ДЕГРАДАЦИИ
МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ И ЛЕДОВОГО КОМПЛЕКСА В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА
Роман Васильевич Десяткин,
доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института биологических проблем криолитозоны СО РАН - обособленного подразделения ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», г. Якутск
Александр Николаевич Фёдоров,
доктор географических наук, главный научный сотрудник Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, г. Якутск
Россия - северная страна с холодным климатом, более 60 % территории которой относится к зоне многолетней мерзлоты, где на обширных равнинных и низменных пространствах развит ледовый комплекс. В последние десятилетия на многолет-немёрзлые грунты, и особенно на ледовый комплекс, оказывает негативное воздействие потепление климата. Повышение температуры многолетне-мёрзлых пород и увеличение глубины сезонного их протаивания приводят к таянию многолетнемёрзлых пород и повторно-жильных льдов. Этот процесс особенно масштабно прослеживается на нарушенных территориях -на вырубках леса и раскорчёванных под пашни таёжных землях, на местах воздействия вредителей леса, особенно сибирского шелкопряда. Как правило, после уничтожения лесного покрова резко повышается проникновение солнечной радиации на поверхность почвы, ускоряется оттаивание мёрзлых почвогрунтов и увеличивается глубина их протаивания.
Увеличение глубины протаива-ния почвогрунтов вызывает развитие термокарста из-за таяния подземных льдов. В Центральной Якутии
Р. В. Десяткин, А. Н. Фёдоров DOI: 10.24412/1728-516Х-2023-2-11-14
верхняя кровля повторно-жильных льдов находится на глубине 2-2,5 м, на ненарушенных таёжных участках залегание ледового комплекса в среднем составляет 2,2 м. Если учесть глубину сезонного протаива-ния 1,3-1,4 м в коренных лиственничных лесах на суглинистых поч-вогрунтах, то защитный слой в них составляет 0,8-0,9 м. Это достаточно большая буферная зона, но в условиях современного потепления климата уничтожение лесного покрова, увеличение глубины сезонного про-таивания вызывают таяние верхних оголовков повторно-жильных льдов и образование просадок поверхности. На луговых пространствах на ледовом комплексе и на межаласьях защитный слой обычно составляет только 0,2-0,3 м, поэтому он не может защитить подземные льды от таяния при потеплении климата. Так, практически большая часть луговых участков на межаласьях в настоящее время преобразована в бугристо-полигональные образования - былла-ры, которые являются индикаторами современного потепления климата на территории ледового комплекса (рис. 1).
Г*- ' -
Рис. 1. Деградация мерзлоты в окрестностях с. Чурапча (Центральная Якутия)
so
-В-&,
-Ö-Q □ С
-so -100 -ISO -200 -250 -300
-J so
-4M
1992 1994 199 ь 199S ¿ООО 2002 2004 2006 2Q0S 2010 2012 2014 201b 201В
Рис. 2. Темпы просадки грунтов в термокарстовом понижении (Центральная Якутия).
C - ненарушенный термокарстом участок межаласья; D - участок с начальными термокарстовыми просадками;1-3 - вершины полигонов внутри термокарстового понижения
Первые признаки деградации сильнольдистой мерзлоты в Центральной Якутии с образованием подземных пустот из-за таяния верхних частей повторно-жильных льдов стали отмечаться в начале 80-х годов ХХ в. Массовая активизация термокарста с формированием за-падинно-бугристого полигонального рельефа привела к существенному повышению температуры грунтов в конце 80-х - первой половине 90-х годов ХХ в. С середины 2000-х годов деградация мерзлоты с таянием повторно-жильных льдов повсеместно стала отмечаться и на безлесных участках ледового комплекса.
Мониторинговые наблюдения за динамикой развития термокарста показали, что средние темпы просадок дневной поверхности составили 5-10 см/год в термокарстовых западинах, а после обводнения
достигали 13-18 см/год (рис. 2). после 2007 г. сократились почти в 2 раза, а после 2011 г - в 3 раза. Это зависит как от степени льдистости отложений ледового комплекса, так и от темпов роста подозёрного талика. Около 25-35 % приходной части водного баланса обеспечивается таянием подземных льдов [1].
Увеличение глубины протаи-вания почвогрунтов приводит к аккумуляции запасов влаги за счёт тающих высокольдистых слоёв мерзлоты и надмерзлотного стока с окружающих участков [2]. Дальнейшая активизация термокарста способствует образованию молодых термокарстовых озёр (рис. 3) [3].
Темпы просадок
Наши наблюдения за обводнённостью термокарстовых западин в Центральной Якутии показали, что на начальном этапе образования озёр (дюедя) до 34 % в приходной части водного баланса обеспечивается за счёт вытаи-вания подземных льдов [4].
Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН в настоящее время использует район с. Чурапча в качестве мониторингового полигона для изучения развития термокарста и динамики мерзлотных ландшафтов под воздействием антропогенного воздействия в условиях современных изменений климата. По космическим снимкам Corona, Landsat7, GeoEye и Landsat8 было оценено изменение площади молодых термокарстовых озёр стадии дюедя и тымпы. С 1999 по 2013 гг. площади зеркала этих озёр были увеличены в 1,8 раза [4].
В тундровой зоне под влиянием потепления климата почвогрунты стали протаивать до 1 м вместо 0,3-0,4 м до потепления. В зоне северной тайги на нарушенных участках глубина сезонного протаивания почвогрунтов равна 2 м и более [5-7]. В результате граница глубины сезонного протаивания стала достигать верхних оголовок повторно-жильных льдов, вызывая активное развитие термокарста. Н. А. Фёдоров и Н. И. Башарин [8] в районе оз. Чогоро близ с. Боронук Верхоянского района РС(Я) на гарях 2002 г. отметили, что на участке 3,2 га объём вытаявшего подземного льда составил 16 364 м3. Расчётный относительный объём вытаявшего подземного льда равен 0,51 м3/м2 [4]. Темпы оттаивания ледового комплекса сравнимы с таковыми в Центральной Якутии на заброшенных пашнях. Площади
Юкэчи, площадка 2,1993-2018
— 1 — ^ 1
-
1493 ■ ' *" 2СШ
ШР
200 В 2013 2018
Рис. 3. Просадка грунтов и динамика обводнения на мониторинговом полигоне «Юкэчи» (Центральная Якутия)
Рис. 4. Наводнение на р. Алазея поздней осенью Рис. 5. Деградация растительно-почвенного
2007 г. (район с. Сватай) покрова в пойме р. Алазеи
нарушенных термокарстом земель в тундре и северной тайге занимают сотни тысяч гектаров.
В северной тайге с лиственничным ^апх са^апбеп Мауг.) редколесьем и лишайниковым покровом на мерзлотных палевых глееватых почвах образование бугристо-западинного термокарстового микрорельефа сопровождается трансформацией однородного почвенного покрова в комплекс почв, где в западинах под осоково-вейниковыми кочковатыми ассоциациями формируются мерзлотные палевые дерново-луговые глееватые почвы [9]. Резкое сокращение площади лишайниковых лиственничных редколесий после лесных пожаров и смена их осоково-вейниковыми ассоциациями приводят к сокращению площади зимних оленьих пастбищ. Это может быть одной из основных причин сокращения поголовья диких северных оленей. Если в Республике Саха (Якутия) в 80-е годы ХХ в. насчитывалось 310-320 тыс. диких оленей, то в настоящее время оно оценивается всего в 153 тыс. голов [10].
При таянии подземных льдов освобождается значительный объём законсервированной мерзлотой влаги. Промежуточный, или защитный слой, расположенный ниже границы сезонного протаивания и выше верхней границы повторно-жильных льдов, в Центральной Якутии имеет объёмную влажность 0,45, тогда как сезонноталый слой - 0,30. При увеличении глубины сезонного протаивания почвогрунтов на 20-30 см за счёт таяния текстурообразующих льдов, из верхних слоёв многолетней мерзлоты выделяется 60 000-90 000 м3/км2 дополнительной воды [2]. Объём выделяемой воды на севере и из ледового комплекса значительно больше. Дополнительное поступление влаги из тающих верхних слоёв мёрзлых пород
и ледового комплекса приводят к повсеместному расширению озёр. По мере наполнения ванн водоёмов происходит их слияние, образуются открытые потоки воды в ближайшие водоёмы и реки. Так, в начале 2000-х годов избыток воды на равнинных территориях в приарктичес-кой зоне Якутии привёл к катастрофическим речным паводкам. Как правило, это происходит во второй половине лета (рис. 4). Часто населённые пункты оставались в зоне затопления вплоть до зимнего времени.
Длительное затопление долины р. Алазеи в 20072008 гг. вызвало деградацию почв и пойменных лугов долинных земель, а также гибель лесной растительности на низких участках надпойменных террас [7]. В долине этой реки паводковые воды, с одной стороны, интенсивно смыли поверхностные горизонты почв, а с другой, на почвах микропонижений рельефа отложили мощный слой свежего аллювия (рис. 5). На подверженных длительным паводкам долинных угодьях выделяются три степени деградации почв (рис. 6).
1 степень
II степень
Рис. 6. Три степени деградации мерзлотных почв при длительном
затоплении
В 2017-2018 гг. и 2023 г паводки на р. Алазее повторились, а деградация пойменных угодий усилилась. Это происходит в условиях существенно замедленного восстановления нарушенного почвенно-растительно-го покрова. По этой причине пойменные луга долины р. Алазеи практически потеряли свою хозяйственную ценность как земли сельскохозяйственного назначения, хотя со времени первых нарушений морфогенетичес-кого строения почв и структуры лугов прошло более 15 лет. В других регионах нарушенные земли восстанавливают методами рекультивации. В условиях арктической зоны из-за малонаселённости, отсутствия дорог и технических возможностей подобная рекультивация практически невозможна.
Катастрофические паводки на р. Алазее нанесли огромный урон сельскому хозяйству и экономике районов, привели к радикальному сокращению местного населения, занимающегося традиционными промыслами, к ухудшению транспортной доступности населённых пунктов и т. д. [11].
Таким образом, термокарст и катастрофические паводки вызывают масштабную деградацию природной среды, и, в первую очередь, почвенного покрова, создают лунные ландшафты, на которых невозможно не только заниматься сельским хозяйством, но и жить нормальной жизнью. На охваченных этими негативными процессами территориях полностью нарушена хозяйственная инфраструктура, которая восстановлению не подлежит. Деградация почвенного покрова на ледовом комплексе, скорее всего, будет продолжаться до полного истощения запасов подземных льдов. Для обеспечения нормальной жизни населения на повестку дня встаёт вопрос об отнесении всей территории деградации многолетней мерзлоты с ледовым комплексом к зоне экологического бедствия со всеми вытекающими отсюда последствиями. В первую очередь, потребуется переселение людей с этих территорий на земли, расположенные вне ареала распространения ледового комплекса. Финансирование таких мероприятий должно проводиться за счёт государственных программ. В связи с этим встаёт вопрос о целесообразности проведения социально-экономических мероприятий на деградирующих мерзлотных землях. Проводимые нами исследования по оценке устойчивости многолетней мерзлоты к потеплению климата и антропогенным нарушениям с целью определения территорий, относящихся к зонам чрезвычайно экологической ситуации и экологического бедствия [12], могут дать ответ на этот вопрос.
Список литературы
1. Estimating the water balance of a thermokarst lake in the middle of the Lena River basin, eastern Siberia / A.N. Fedorov, P.P. Gavriliev, P.Y. Konstantinov, T. Hiyama, Y. Iijima,G. Iwahana // Ecohydrology. - 2014. - Vol. 7, Issue 2. - 188-196. DOI: 10.1002/eco.1378.
2. Десяткин, Р. В. Влияние увеличения глубины деятельного слоя почвы на изменение водного баланса в криолитозоне // Р. В. Десяткин, А. Р. Десяткин // Почвоведение. - 2019. - № 11. - С. 1393-1402. DOI: 10.1134/S0032180X19110030
3. Roman Desyatkin, Nikolai Filippov, Alexey Desyatkin, Dmitry Konyushkov and Sergey Goryachkin. Degradation of Arable Soils in Central Yakutia: Negative Consequences of Global Warming for Yedoma Landscapes // Front. Earth Sci., 24 September 2021. - Pp. 1-13. https://doi. org/10.3389/feart.2021.683730.
4. Фёдоров, А. Н. Эволюция и динамика мерзлотных ландшафтов Якутии : автореф. дисс. д.г.н. / А. Н. Фёдоров. - Якутск: ИМЗ СО РАН, 2020. - 38 с.
5. Davydov, S.P. Changes in active layer thickness and seasonal fluxes of dissolved organic carbon as a possible baseline for permafrost monitoring / S.P. Davydov, D.G. Fyodorov-Davydov, J.C. Neff et al. //Ninth International Conference on Permafrost. - Fairbanks, USA: University of Alaska, 2008. - V. 1. - P. 333-336.
6. Fyodorov-Davydov, D.G. Seasonal Thaw of Soils in the North Yakutian Ecosystems / D.G. Fyodorov-Davydov, A.L. Kholodov, V.E. Ostroumov et al. // Ninth International Conference on Permafrost. - Fairbanks: University of Alaska, 2008. - V. 1. - P. 481-486.
7. Криоэкосистемы бассейна реки Алазея / С. П. Го-товцев [и др.]. - Новосибирск: Гео, 2018. - 211 с.
8. Фёдоров, Н. А. Активизация термокарста после лесных пожаров на Янском плоскогорье на примере района г. Верхоянска / Н. А. Фёдоров, Н. И. Башарин // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. Серия: Науки о Земле. -2022. - № 1 (25). - С. 46-57.
9. Desyatkin, R.; Okoneshnikova, M.; Ivanova, A.; Nikolaeva, M.; Filippov, N.; Desyatkin, A. Dynamics of Vegetation and Soil Cover of Pyrogenically Disturbed Areas of the Northern Taiga under Conditions of Thermokarst Development and Climate Warming. Land 2022, 11, 1594. https:// https://doi.org/10.3390/land11091594
10. Сафронов, В. М. Ценные виды млекопитающих северной Якутии / В. М. Сафронов, Е. С. Захаров, Л. П. Корякина // Достижения науки и техники АПК. -2016. - Т. 30, № 11. - С. 88-93.
11. Сулейманов, А. А. Последствия наводнений и деградации многолетней мерзлоты для системы жизнеобеспечения населения реки Алазея (на материалах второй половины ХХ-ХХ1 веков) / Научный диалог. -2022. - Т. 11, № 8. - С. 470-487. DOI: 10.24224-12952022-11-8-470-487.
12. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия (утв. Минприроды РФ 30 ноября 1992 г.). https://docs.cntd.ru/ document/901797511.
