CC BY
0Гляциология
Гляциология
Glaciology
УДК 550.837
А. Р. Медеу1, А. В. Пиманкин2, М. И. Гонтарь3, Н. В. Пиманкина4
1 Академик НАН РК, д.г.н., директор (АО «Институт географии и водной безопасности», Алматы, Казахстан)
2 Геолог (ТОО «КазГеоплюс», Алматы, Казахстан) 3 Геофизик (ТОО «КазГеоплюс», Алматы, Казахстан) 4 К.г.н., руководитель лаборатории мониторинга динамики снежных и ледовых ресурсов (Центрально-Азиатский региональный гляциологический центр, Алматы, Казахстан)
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КАМЕННОГО ГЛЕТЧЕРА МОРЕННЫЙ
Аннотация. Представлены результаты полевых исследований Института географии и водной безопасности Казахстана и ЦАРеГЦ совместно с ТОО «Казгеоплюс» на каменном глетчере Моренный в 2021 г. На основе полученных данных наземного радиозондирования и электроразведки выявлены зоны мерзлых каменно-ледяных отложений и талых обводненных участков. Результаты выполненных исследований подтверждают ранние предположения о наличии больших объемов воды, аккумулированной в теле каменного глетчера.
Ключевые слова: зондирование, каменный глетчер, толщина льда, электроразведка.
Введение. В специальном обобщении «Океан и криосфера в изменяющемся климате», подготовленном для 6-го Оценочного доклада МГЭИК, отмечается, что наблюдения показывают общее сокращение в последние десятилетия снежного покрова, ледников и вечной мерзлоты вследствие изменения климата [1]. Соответственно изменяются частота и мощность проявления природных опасностей, а также объем и сезонность речного стока, что особенно важно для сельского хозяйства. В относительно засушливом регионе Центральной Азии талые снеговые и ледниковые воды формируют не менее 80% возобновляемых водных ресурсов. В этой связи требуется оценка водных ресурсов, аккумулированных в виде снега и льда в высокогорных районах.
Мониторинг состояния криосферы и ее динамики послужат основой прогнозирования стока рек. В настоящее время возрос интерес к гляциально-мерзлотным каменным образованиям, или иначе каменным глетчерам (КГ), содержащим значительное количество пресной воды в виде льда, который менее подвержен вытаиванию при повышении температуры воздуха, чем лед открытой поверхности ледников [2].
В 2018 г. была учреждена Рабочая группа по изучению КГ при Международной ассоциации криосферных наук с целью расширить возможности определения толщины КГ, создания моделей таяния, изучения их движения. Для исследования внутреннего строения КГ широко применяют геофизические методы. Так, с помощью комплекса электротомографии, сейсморазведки и георадара получены данные о строении КГ в Альпах [3, 4], хребте Колорадо США [5]. Методы электроразведки применялись при исследовании КГ на Алтае [6, 7]. Комплекс современных технологий был использован для оценки мощности мерзлых пород в Иле Алатау [8-11].
Цель исследования - дать предварительную оценку условий льдосодержания фронтальной части каменного глетчера с помощью комплекса электроразведочных методов.
Район исследований. Для изучения внутреннего строения выбран КГ Моренный, который расположен в долине реки Улкен Алматы, в 5 км южнее Большого Алматинского озера. Согласно оценке А. П. Горбунова, в районе БАО выявлено 9 активных каменных глетчеров [12].
а б
Рисунок 1 - Каменный глетчер Моренный на карте (а) и на снимке 07.08.2021 г. (б) с нанесенным профилем зондирования А1-А2. Фото А.В. Пиманкина
КГ Моренный расположен на высотах 3000-3400 м и имеет длину около 1200 м (рисунок 1). В настоящее время, по мнению специалистов, КГ Моренный является активным глетчером. Движение его носит пульсирующий характер. В центральной части глетчера скорость движения составляла 1-3 м/год, по краям - 0,5-1 м/год [13].
Геологическое обследование показало, что в изучаемом районе преобладают красные и серые биотит-роговообманковые граниты и гранодиориты. Характерны крупнообломочные каменные развалы и грубообломочные осыпи.
Климатические условия района развития каменного глетчера могут быть охарактеризованы на основе данных метеорологической станции «БАО», которая расположена на 500 м ниже языка глетчера. Средние годовые январская и августовская температуры воздуха составляют 1,3-8,9 и 10,9 °С соответственно [14]. Годовая сумма осадков 820 мм, при этом в ноябре-марте выпадает 180 мм. Весной высота снежного покрова в среднем достигает 70 см и более. Сезонное промерзание обычно начинается в октябре-ноябре. В гляциально-нивальном поясе повсеместно распространены многолетнемерзлые породы.
Методика проведения работ. Для изучения строения каменного глетчера применён комплекс электроразведочных методов - электротомография (ЭТ) и георадиолокационное зондирование (ГРЛЗ). Расположение профиля А1-А2 приведено на рисунке 1. Измерения методом электротомографии проводились с помощью электроразведочной станции «Скала-64К15Е». При измерениях методом электротомографии последовательность подключения электродов соответствовала симметричной установке Шлюмберже (ABmax = 360м), при этом глубинность исследований составляла до 40 м. Заземление электродов велось с поливом солёной воды, что снизило сопротивление заземлений до приемлемых значений. Инверсию данных электрозондирования проводили в рамках двухмерных моделей с учётом рельефа в программе Res2Dinv. Начало и конец профиля, а также набор точек с интервалом 1 м записывались с помощью геодезического оборудования Trimble R9s в режиме RTX. В результате получены разрезы удельного электрического сопротивления по профилям (геоэлектрические разрезы).
Георадиолокационное зондирование проводилось по тому же профилю, что и электроразведка. Измерения осуществлялись георадаром Mala Geoscience с антенным блоком 50 МГц, который позволяет получать георадиолокационные разрезы глубиной до 30 м при разрешающей способности 1 м. Для обработки полученных радарограмм использовалась программа ReflexW. Граф обработки включал в себя вычитание среднего, усиление профиля по глубине и задание рельефа.
Отметим, что в исследованиях, проведенных в разные годы в долине р. Улкен Алматы [8, 9], применялись станции модели «Скала-48». Результаты, представленные в [10, 11], основаны на
данных зондирования методом ЗСБ, особенностью которого являются большая глубинность исследований до 2-3 км и, по нашему мнению, потеря детальности.
Результаты исследований. На рисунке 2 показан геоэлектрический разрез, полученный во фронтальной зоне КГ Моренный. Профиль электротомографии А1-А2 протяженностью 600 м заложен поперек оси движения КГ и начинался в восточной части КГ Моренный (абс. высота 3057 м) и поднимался вверх, пересекая понижения и повышения рельефа, до отметки 3070 м.
пмг] г С'.!'. ТI и 1Г у I ('[!(:- .;[>Г|_и
е 1 г.. 6 аьъ. - г.» электротчмографий ЕШ ¡геоэлектрический разрез)
111*1
11532 26314 й«229 1 3 7 В ЬЭ 31*543 1ЙШ 1 В М 2 9 й>1
Рисунок 2 - Геоэлектрический разрез фронтальной зоны каменного глетчера Моренный.
По вертикальной оси - высота, м. Шкала представляет удельное электрическое сопротивление, Ом-м
Разрез характеризуется значительной вертикальной и горизонтальной неоднородностью. Горизонт низкого удельного электрического сопротивления (УЭС, 5-30 кОм-м) ассоциируется с поверхностным слоем увлажненных рыхлых отложений мощностью до 10 м и более. Ниже по разрезу выделяется слой высокоомных аномалий, который интерпретируется как каменно-ледяные отложения. На рисунке 2 они выделены темным цветом, УЭС более 160 кОм-м. Возможно, максимальные значения УЭС характеризуют существование линз или блоков льда. Слой разделяется аномалией пониженного УЭС, которое может быть объяснено наличием талых обводненных отложений. Мощность слоя мерзлых пород или, возможно, льда составляет 15-20 м.
На рисунке 3 приведена радарограмма обследования на низкой частоте (50 М Гц). Значительная разница в значениях диэлектрической проницаемости пресного льда (е=3) и воды (е=81) даёт возможность проследить границу талых и мёрзлых отложений. По данным ГРЛ определена глубина кровли каменно-ледяных отложений. Глубина залегания изменяется по профилю, но в среднем составляет 10-20 м, что соответствует данным электротомографии (рисунок 3).
1К1Н1
а 100 200 300 400 500 600
0
100 10
700 20
300 ■ 30 а Я
Г |МЕ |Г1В| <400 500 40 50 60 3 т Я й
600 а
"й
700 80 1
т 90
500 100
Рисунок 3 - Георадиолокационный разрез R1-R2 с границей залегания кровли каменно-ледяных отложений каменного глетчера
Выводы. Полученные данные позволяют в первом приближении оценить геологическое и геокриологическое строение фронтальной зоны каменного глетчера Моренный. Для него характерны высокие значения удельного электрического сопротивления отложений, залегающих на глубине 10 м и более от поверхности. Под чехлом рыхлых грубообломочных отложений залегает
комплекс мерзлых суглинков, супесей, гравийно-галечного материала с прослоями льда или, возможно, блоки чистого льда. Слой с максимальными значениями удельного электрического сопротивления (более 100 кОм-м) прерывается участками талых пород и водонасыщенных отложений. Предварительные исследования показали, что значительная вертикальная и горизонтальная неоднородность строения каменного глетчера, наличие ручьев в прифронтальной области, развитие крупных термокарстовых озер на глетчере требуют дальнейшего изучения и анализа.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Hock, R., G. Rasul, C. Adler, B. Cáceres, S. Gruber, Y. Hirabayashi, M. Jackson, A. Kaab, S. Kang, S. Kutuzov, A. Milner, U. Molau, S. Morin, B. Orlove, and H. Steltzer, 2019: High Mountain Areas. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Portner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. In press. Available from www.ipcc.ch Дата обращения 12.05.2021.
[2] Wagner T., Kainz S., Fischer A., Avian M., Krainer K., Winkler G. Assessment of liquid and solid water storage in rock glaciers versus glacier ice in the Austrian Alps// Science of the Total Environment 800 (2021) 149593 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149593
[3] Maurer H., Hauck C. Instruments and methods geophysical imaging of alpine rock glaciers // Journal of Glaciology. -2007. - V. 53, № 180. - P. 110-120.
[4] Hausmann H., Krainer K., Bruckl E., Ullrich C. Internal structure, ice content and dynamics of Olgrube and Kaiserberg rock glaciers (Otztal Alps, Austria), determined from geophysical surveys // Austrian Journal of Earth Sciences. - 2012. -Vol. 105, N 2. - P. 12-31. https://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_215816.pdf
[5] Leopold M., Williams M.W., Caine N., Volkel J., Dethier D. Internal structure of the Green Lake 5 Rock Glacier, Colorado Front Range, USA // Permafrost and Periglacial Processes. - 2011. - Vol. 22, N 2. - P. 107-119. DOI: 10/1002/PPP.706
[6] Дьякова Г.С., Оленченко В.В., Останин О.В. Применение метода электротомографии для изучения внутреннего строения каменных глетчеров Алтая // Лёд и снег. - 2017. - Т. 57, № 1. - С. 69-76. doi:10.15356/2076-6734-2017-1-69-76.
[7] Дьякова Г.С., Гореявчева А.А., Останин О.В., Оленченко В.В., Бирюков Р.Ю. Геофизические исследования внутреннего строения гляциально-мерзлотных каменных образований Центрального Алтая // Лёд и снег. - 2020. - Т. 60, № 1. - С. 109. doi: 10.31857/S2076673420010027.
[8] Северский Э.В., Оленченко В.В., Горбунов А.П. Влияние локальных факторов на распространение толщи мерзлых пород перевала Жосалыкезень (Северный Тянь-Шань) // Криосфера Земли. - 2014. - Т. XVIII, № 4. - С. 13-22.
[9] Галанин А.А., Оленченко В.В., Христофоров И.И., Северский Э.В., Галанина А.А. Высокодинамичные каменные глетчеры Тянь-Шаня // Криосфера Земли. - 2017. - Т. XXI, № 4. - С. 58-74. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-4(58-74).
[10] Желтенкова Н.В., Кошурников А.В., Гагарин В.Е., Скосарь В.В., Брушков А.В., Спирякова К.А., Агапкин И.А., Хименков А.Н. Применение методов электромагнитного зондирования для предупреждения опасных геокриологических процессов // Сборник докладов расширенного заседания научного совета по криологии Земли РАН «Актуальные проблемы геокриологии», МГУ, 15-16 мая 2018 г. - М., 2018. - Т. 2, ч. 6. - С. 145-149.
[11] Желтенкова Н.В., Гагарин В.Е., Кошурников А.В., Набиев И.А. Режимные геокриологические наблюдения на высокогорных перевалах Тянь-Шаня // Арктика и Антарктика. - 2020. - № 3. - С. 25-43. DOI: 10.7256/24538922.2020.3.33535 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=33535
[12] Горбунов А.П., Титков С.Н. Каменные глетчеры гор Средней Азии. - Якутск: ИМЗ СО РАН СССР, 1989. -164 с.
[13] Горбунов А.П., Горбунова И.А. География каменных глетчеров и их аналогов в Евразии. - Алматы, 2013. - 184 с.
[14] Справочник по климату Казахстана. Многолетние данные.- Алматы, 2004. - Вып. 14. - 562 с.
REFERENCES
[1] Hock, R., G. Rasul, C. Adler, B. Cáceres, S. Gruber, Y. Hirabayashi, M. Jackson, A. Kaab, S. Kang, S. Kutuzov, A. Milner, U. Molau, S. Morin, B. Orlove, and H. Steltzer, 2019: High Mountain Areas. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Portner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. In press. Available from www.ipcc.ch Дата обращения 12.05.2021.
[2] Wagner T., Kainz S., Fischer A., Avian M., Krainer K., Winkler G. Assessment of liquid and solid water storage in rock glaciers versus glacier ice in the Austrian Alps // Science of the Total Environment 800 (2021) 149593 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149593
[3] Maurer H., Hauck C. Instruments and methods geophysical imaging of alpine rock glaciers // Journal of Glaciology. 2007. Vol. 53, N 180. P. 110-120.
[4] Hausmann H., Krainer K., Bruckl E., Ullrich C. Internal structure, ice content and dynamics of Olgrube and Kaiserberg rock glaciers (Otztal Alps, Austria), determined from geophysical surveys// Austrian Journal of Earth Sciences. 2012. Vol. 105, N 2. P. 12-31. https://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_215816.pdf
[5] Leopold M., Williams M.W., Caine N., Volkel J., Dethier D. Internal structure of the Green Lake 5 Rock Glacier, Colorado Front Range, USA // Permafrost and Periglacial Processes. 2011. Vol. 22, N 2. P. 107-119. DOI: 10/1002/PPP.706
[6] Dyakova G.S., Olenchenko V.V., Ostanin O.V. Application of the method of electrotomography to study the internal structure of stone glaciers in Altai // Ice and Snow. 2017. Vol. 57, N 1. P. 69-76. doi:10.15356/2076-6734-2017-1-69-76 (in Russ.).
[7] Dyakova G.S., Goreyavcheva A.A., Ostanin O.V., Olenchenko V.V., Biryukov R.Yu. Geophysical studies of the internal structure of glacial-permafrost stone formations in the Central Altai // Ice and Snow. 2020. Vol. 60, N 1. P. 109. doi: 10.31857/S2076673420010027 (in Russ.).
[8] Seversky E.V., Olenchenko V.V., Gorbunov A.P. Influence of local factors on the distribution of the frozen rocks of the Zhosalykezen Pass (Northern Tien Shan) // Cryosphere of the Earth. 2014. Vol. XVIII, N 4. P. 13-22 (in Russ.).
[9] Galanin A.A., Olenchenko V.V., Khristoforov I.I., Seversky E.V., Galanina A.A. Highly dynamic stone glaciers of the Tien Shan // Cryosphere of the Earth. 2017. Vol. XXI, N 4. P. 58-74. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-4(58-74) (in Russ.).
[10] Zheltenkova N.V., Koshurnikov A.V., Gagarin V.E., Skosar V.V., Brushkov A.V., Spiryakova K.A., Agapkin I.A., Khimenkov A.N. Application of electromagnetic sounding methods to prevent dangerous geocryological processes // Collection of reports of the extended meeting of the Scientific Council on Earth Cryology RAS "Actual problems of geocryology", Moscow State University, May 15-16, 2018. M., 2018. Vol. 2, part 6. P. 145-149 (in Russ.).
[11] Zheltenkova N.V., Gagarin V.E., Koshurnikov A.V., Nabiev I.A. Regime geocryological observations on the high mountain passes of the Tien Shan // Arktika i Antarktika. 2020. N 3. P. 25-43. DOI: 10.7256/2453-8922.2020.3.33535 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php ?id=33535 (in Russ.).
[12] Gorbunov A.P., Titkov S.N. Stone glaciers of the mountains of Central Asia. Yakutsk: IMZ SB RAS USSR, 1989. 164 p. (in Russ.).
[13] Gorbunov A.P., Gorbunova I.A. Geography of stone glaciers and their analogues in Eurasia. Almaty, 2013. 184 p. (in Russ.).
[14] Reference book on the climate of Kazakhstan. Multi-year data. Almaty, 2004. Issue 14. 562 p.
А. Р. Медеу1, А. В. Пиманкин2, М. И. Гонтарь3, Н. В. Пиманкина4
1 Казахстан Республикасы ¥лттьщ гылым академиясыньщ академии, география гылымдарыныц докторы, директор («География жэне су каушаздш институты» АК, Алматы, Казахстан) 2 Геолог («KazGeoplus» ЖШС, Алматы, Казахстан) 3 Геофизик («KazGeoplus» ЖШС, Алматы, Казахстан) 4 Г.г.к., кар жэне мр ресурстарыныц динамикасын бакылау зертханасыныц мецгерушга (Орталык Азия аймактык гляциологиялык орталыгы, Алматы, Казахстан)
МОРЕН ТАСЫН ГЛЕЙЧЕРД1 ГЕФИЗИКАЛЬЩ ЗЕРТТЕУДЩ АЛГАШЦЫ НЭТИЖЕЛЕР1
Аннотация. Казакстанныц География жэне су каушаздш институтыныц жэне CAREGC компаниясы-ныц «Kazgeoplus» ЖШС-мен бiрлесiп Моренный тау м^здыгындагы 2021 жылгы далалык зерттеулердiц нэтижелерi ^сынылган.Жер Yстi радиозондылау жэне электрлiк барлау ж^мыстарыныц деректерi негiзiнде мрдатылган тау жыныстарыныц аймактары. -м^з швгiндiлерi мен ертен суару аймактары аныкталды. ЖYр-гiзiлген зерттеулердiц нэтижелерi тау жыныстарыныц м^здыктарыныц денесiнде жиналган Yлкен квлемдеп судыц болуы туралы ертедегi болжамдарды растайды.
ТYЙiн свздер: зондтау, тау жыныстарыныц мрдыгы, м^здыц калындыгы, электр барлау.
A. R. Medeu1, A. V. Pimankin2, M. I. Gontar3, N. V. Pimankina4
1 Academician NAS RK, Doctor in Geography, Director
(JSC «Institute of geography and water security», Almaty, Kazakhstan)
2 Geologist (LLP «KazGeoplus », Almaty, Kazakhstan)
3 Geophysist (LLP «KazGeoplus», Almaty, Kazakhstan)
4 C.g.s., head of laboratory of monitoring of snow and ice resources (Central-Asian Regional Glaciological Centre, Almaty, Kazakhstan)
PRELIMINARY RESULTS OF GEOPHYSICAL STUDIES ON THE MORENNY ROCK GLACIER
Abstract. The results of field surveys of the Institute of geography and water safety, LLP "CARGC" and LLP "KazGeoplus" on the Morenny rock glacier in 2021 are presented. Data of GPR-sounding and electrical resistivity tomography have made it possible to distinguish zones of frozen rock-ice deposits and melt watered layers. Results of conducted surveys have confirmed early assumptions about great amount of water accumulated in the rock glaciers.
Keywords: electical sounding, geoelectrical survey, ice depth, rock glacier.
