CC BY
36НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2014, №2
УДК 551.345
Причины активизации термоэрозионных процессов в Якутии и особенности их проявления
С.П. Готовцев
Рассматриваются причины активизации термоэрозионных процессов на территории северных и центральных районов Якутии. По мнению автора, основными причинами этого являются не только наблюдающееся потепление климата, но и циклические изменения количества выпадающих атмосферных осадков. В периоды с обильными летними осадками происходит деградация льдистого горизонта на границе сезонноталого слоя.
Ключевые слова: криогенная толща, многолетнемёрзлые горные породы, ледовый комплекс, повторно-жильный лед, сезонноталый слой, глобальное потепление, термокарстовый процесс, термоэрозия.
The causes of enhanced thermoerosional activity in northern and central parts of Yakutia are considered. In the author's opinion, the main causes, along with the observed climatic warming, are the cyclic variations in precipitation. Degradation of the ice-rich permafrost layer right beneath the active layer occurs during the periods of high rainfall.
Key words: permafrost, perennially frozen grounds, ice complex, wedge ice, active layer, global warming, thermokarst, thermal erosion.
Введение
В последние годы на Земле участились такие чрезвычайные природные ситуации, как наводнения, лесные пожары, землетрясения и др. Большинство ученых связывают это с влиянием глобального потепления климата. В Северном полушарии, например, за период с 1990-2000 гг. средняя годовая температура приземного воздуха возросла на 0,4°С [1]. В Центральной Якутии за последние 20 лет она повысилась на более 1,5°С [2], а на арктическом севере Якутии за последние 40-50 лет - на 1,8°С [3]. Глобальное потепление климата начало влиять и на температурный режим многолетнемерзлых горных пород. С каждым годом появляются все больше фактических данных, указывающих на увеличение глубины сезонного протаивания грунтов и деградацию близко залегающих к поверхности многолетних подземных льдов. На участках распространения пород ледового комплекса это вызывает активизацию термоэрозионных процессов.
Состояние вопроса
В районах распространения многолетнемерз-лых горных пород (ММП) ледовым комплексом называют сильно льдистые тонкодисперсные образования, содержащие подземные льды. По-
ГОТОВЦЕВ Семен Петрович - к.г.-м.н., с.н.с. ИМЗ СО РАН, [email protected].
следние в основном представлены повторно-жильными льдами, верхняя поверхность которых залегает на глубине 2,0-2,5 м от дневной поверхности. Это один из древних видов подземного льда, сформировавшийся в эпоху максимального похолодания климата на равнинных территориях Севера. В настоящее время они продолжают формироваться на поймах крупных рек и низинных участках северной тундры (рис. 1).
Образование повторно-жильных льдов происходит следующим образом. В начале зимы, когда еще не сформировался толстый слой снежного покрова, поверхность заболоченных участков начинает растрескиваться морозобойными
Рис. 1. Формирование повторно-жильных льдов в современных условиях на пойме р. Анабар (Фото автора, 2007 г.)
ГОТОВЦЕВ
трещинами, образующими своеобразные полигоны с размерами до 7-10 м в поперечнике. Ширина раскрытия трещин, проникающих до глубины 5-7 м, может достигать 5-7 см. Весной по этим трещинам затекает талая вода и замерзает. В следующую зиму растрескивание повторяется, расширяя уже заполненные льдом трещины. Многолетнее повторение данного процесса приводит к формированию подземного льда клинообразной формы, высота которых составляет несколько десятков метров [4]. В настоящее время во многих районах Якутии такие льды широко распространены и залегают ниже глубины сезонного протаивания грунтов.
В современных условиях глубина сезонного протаивания, в зависимости от состава грунтов и характера растительного покрова, изменяется от 0,5 до 2,0-2,5 м. Причем на одном и том же месте мощность сезонноталого слоя (СТС) ежегодно бывает примерно одинаковой. Такая стабильность обеспечивается наличием на подошве этого слоя сильно льдистого горизонта мощностью 15-20 см, сложенного частым чередованием шлиров льда. Такой горизонт с льдистостью до 90%, формирующийся на подошве СТС в результате циклического процесса протаивания-промерзания, в криолитологии называется «защитным слоем» ММП. Благодаря ему, мощность СТС практически не зависит от средней годовой температуры приземного воздуха и от изменения его летних температур.
Средняя годовая температура воздуха испытывает циклические колебания периодов похолодания и потепления. Так, анализ данных средней годовой температуры приземного воздуха по метеостанции г. Среднеколымска показывает, что здесь за 120 лет наблюдений отмечаются четыре цикла ее изменения. В 1900-х и 1970-х годах ХХ века наблюдались периоды похолоданий, а в сороковых годах и особенно в последние годы - потепление климата (рис. 2,а).
Гипотеза о циклических изменениях климата - чередовании прохладно-влажных и тепло-сухих периодов продолжительностью 35-45 лет, была выдвинута еще в конце XIX в. Э.А. Брюк-нером [5] и А.И. Воейковым [6]. Впоследствии эти предположения были представлены А.В. Шнитниковым [7-9] в виде стройной теории о многовековой изменчивости климата и общей увлажненности материков Северного полушария. В основу системы доказательств положены выводы о характере изменения горного оледенения Евразии и Северной Америки, уровней наполнения внутренних водоемов, в том числе Каспийского моря, и Мирового океана, изменчивости ледовой обстановки в Арктике. По А.В. Шнитникову, длительность внутривековых кли-
матических циклов колеблется от 20-30 до 4547 лет.
На фоне общего потепления климата в Якутии в последние годы были периоды (1996-1998 и 2005-2007 гг.), которые отмечались обильными осадками (рис. 2,б). По нашему мнению, именно они стали триггером разрушения защитного слоя ММП, что вызывает активизацию термоэрозионных процессов. Так, именно в эти годы начал интенсивно разрушаться уступ надпойменной террасы р. Лены в районе г. Покровска. Здесь сначала появились небольшие рытвины и колодцы, которые благодаря близости уступа террасы быстро превращались в овражную систему. В результате изучения физико-механических свойств, криогенного строения грунтов и характера залегания подземного льда было установлено, что причиной активизации процесса оврагообразования является нарушение почвен-но-растительного покрова и нерегулированный поверхностный сток [10].
Иногда процесс оврагообразования приобретает катастрофический характер. В июне 2007 г, например, в с. Синск Хангаласского района после продолжительного ливневого дождя сформировался гигантский овраг длиной около 800 м и глубиной до 6 м. Данное село расположено
а
1 1 /1 1
\ ш к и
11 Ш" П
У 1 с ь
1880 1940 1920 1940 1960 1980 2000 Годы б
К
л
л л L /
1 л [\ п :
VXY к У л J i
У" /1л М/ I vi лГ vw V
/ 2
19В7 1972 1977 1 982 19Е7 1992 1997 2002 2007
Годы
Рис. 2. Многолетний ход средней годовой температуры воздуха (а) и изменение количества жидких (1) и твердых (2) осадков (б) за последний цикл потепления по данным метеостанции г. Среднеколымска
ПРИЧИНЫ АКТИВИЗАЦИИ ТЕРМОЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЯКУТИИ
Рис. 3. Овраги в районе с. Тит-Ары, угрожающие разрушению инфраструктуры села (июнь 2010 г.)
Рис. 4. Основной признак термоэрозионного оврага - типичная провальная форма с отсутствием эрозионной ложбины стока и характерного конуса выноса
Рис. 5. Появление термоэрозионного оврага на не тронутых антропогенной деятельностью участках (с. Синск, июнь 2010 г.)
на поверхности пятой надпойменной террасы р. Лены. Поверхность террасы относительно ровная и имеет небольшой уклон в сторону р. Лены. Террасовые отложения представлены лессовидными суглинками мощностью 3,56,0 м, которые подстилаются известняками и доломитами. В эти же годы примерно такие же овраги начали формироваться на территории с. Тит-Ары Хангаласского района, угрожавшие разрушению общей инфраструктуры села (рис. 3).
Как известно, овраг как элемент эрозионной переработки поверхности обычно появляется в результате концентрированного стока поверхностных вод, т.е. первоначально должна быть небольшая ложбина для линейного стока вод. В данном же случае термоэрозионные овраги появлялись практически на ровном месте в виде провалов (рис. 4). Кроме того, у них не бывает заметного конуса выноса, что свидетельствует о вытаивании большого количества подземного льда. Сильное беспокойство вызывает то, что овраги в последнее время стали образовываться не только на территориях населенных пунктов, но и на не тронутых антропогенными воздействиями участках (рис. 5).
Размеры оврагов зависят от мощности ледового комплекса. Особенно активно они развиваются в первые 2-3 года, а затем интенсивность их постепенно затухает. Вытаивание большого количества подземного льда способствует увеличению надмерзлотного стока. По этой причине, например, в 2007-2008 гг. произошло переполнение акваторий озер в бассейне р. Алазеи, что способствовало подтоплению населенных пунктов, расположенных по ее берегам [11]. Переполнение акваторий термокарстовых озер аласов Центральной Якутии без резкого увеличения среднего годового количества атмосферных осадков также можно объяснить этими причинами.
Заключение
В северных и центральных районах Якутии в последние годы на участках распространения пород ледового комплекса наблюдается резкая активизация термоэрозионных процессов. Основной причиной этого является не только потепление климата, но и резкое повышение в отдельные годы количества атмосферных осадков, выпадающих во второй половине летнего периода, в результате которого происходит разрушение защитного слоя многолетнемерзлых горных пород. Вследствие формирования оврагов разрушается ком-
ВАСИЛЬЕВ, НИКОЛАШКИН
муникационная и дорожная сеть, выходят из строя земли сельскохозяйственного назначения и лесного фонда. В связи с этим проведение научно-исследовательских и инженерно-изыскательских работ по оперативному восстановлению земель, подвергшихся воздействию процессов оврагообразования, имеет большую актуальность.
Литература
1. Стратегический прогноз изменений климата Российской Федерации на период до 2010 -2015 гг. и их влияния на отрасли экономики России. - М., 2005. - 28 с.
2. Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н., Шендер Н.И. Тепловое состояние верхних горизонтов криолитозоны Центральной Якутии при современном изменении климата // Мат-лы IX Межд. симпозиума по проблемам инженерного мерзлотоведения (г. Мирный, 3-7 сентября 2011 г.). - С. 398-403.
3. Готовцев С.П. Последствия глобального потепления климата на арктическом севере Якутии // Мат-лы IX Межд. симпозиума по проблемам инженерного мерзлотоведения (г. Мирный, 3-7 сентября 2011 г.). -С 394-397.
4. Попов А.И. Мерзлотные явления в земной коре (криолитология). - М.: Изд-во МГУ, 1967. - 304 с.
5. Bruckner Ed. Klimaschwankungen seit 1700 nebst bemerkungen uberdie klimaschwankungen der diluvialzeit // Georg. Abhandl. Von a.penck. - 1890. - Bd. 4, hf.2. - Р. 43-58.
6. Воейков А.И. Колебания климата и уровня озер Туркестана и Западной Сибири // Метеорологический вестник. - 1901. - №3. - С. 16-27.
7. Шнитников А.В. Внутривековые колебания уровня степных озер Западной Сибири и Северного Казахстана и их зависимость от климата // Тр. лаб. озероведения АН СССР. - 1950. - Т.1. -129 с.
8. Шнитников А.В. Изменчивость общей увлажненности материков Северного полушария // Зап. Геогр. общества СССР. - М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1957. - Т.16. - С. 1-336.
9. Шнитников А.В. Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности. - Л.: Наука, 1969. - 244 с.
10. Готовцев С.П., Пестерев А.П. Результаты изучения термоэрозии надпойменной террасы р. Лены в районе г. Покровска // Наука и образование. - 2004. -№4. - С.68-74.
11. Готовцев С.П., Находкин Н.А., Барышев Е.В., Копырина Л.И. О причинах подтопления населенных пунктов в бассейне р. Алазеи // Наука и техника в Якутии. - 2008. - № 2. - С. 23-26.
Поступила в редакцию 30.05.2014
УДК 551.5
Исследование проявления солнечно-земных связей на приземную температуру воздуха в Якутии по данным метеорологических станций
М.С. Васильев, С.В. Николашкин
Приводятся результаты исследования проявления солнечно-земных связей на вариации приземной температуры воздуха в Якутии. Использованы данные метеорологических станций ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД» за период 1954-2012 гг., находящихся в южной, центральной и северной частях Якутии, расположенных в географическом диапазоне долгот от 125-130° в.д. Применены методы статистического анализа: метод наложения эпох, корреляционная и кросскорреляционная взаимосвязи. Вспомогательным инструментом анализа послужили данные о числах Вольфа и циркуляционных процессах (САК, АК, ЭНЮК). Показано, что существует тесная связь вариаций температур воздуха как с индексами чисел Вольфа на протяжении четырех полных циклов солнечной активности (20-23), так и с циркуляционными процессами, которые вносят определенный вклад в сезонную и межгодовую изменчивость.
Ключевые слова: приземная температура воздуха, солнечная активность, числа Вольфа, квазидвухлетние колебания, циркуляционные процессы.
ВАСИЛЬЕВ Михаил Семенович - м.н.с. ИКФИА СО РАН, [email protected]; НИКОЛАШКИН Семен Викторович - к.ф.-м.н., зав. лаб. ИКФИА СО РАН, [email protected].
