CC BY
57
Раздел 3 Section 3
ГИДРОЛОГИЯ. КЛИМАТ HYDROLOGY. CLIMATE
УДК 551.32
ВЛИЯНИЕ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ НА ЛЕДНИКОВЫЙ
СТОК (ПО ИССЛЕДОВАНИЯМ В БАССЕЙНЕ АКТРУ: 1952-2012)
12 1 1 2 В.П. Галахов - , С.Ю. Самойлова , А.А. Коломейцев , Е.В. Мардасова ,
2 3
А.А. Шевченко , Р.Т. Шереметов
1 Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail: [email protected] 2Алтайский государственный университет, Барнаул 2Институт экологии человека СО РАН, Кемерово
На основе результатов, полученных в ходе инструментальных наблюдений за изменением объема ледников Алтая в 1973-1998 гг. (бассейн Актру, Северо-Чуйский хребет), выявлено влияние глобального потепления на ледниковый сток в бассейне. Материалы исследований позволили оценить изменение ледникового стока реки Чуи.
Ключевые слова: Русский Алтай, бассейн Актру, ледниковый сток.
DOI: 10.24411/2410-1192-2019-15204 Дата поступления 9.01.2019
В настоящее время под ледниковым стоком понимается «Сток талых вод сезонного снега, фирна и льда, а также жидких осадков, поступающий в речную сеть с поверхности ледника» [1]. Другого мнения придерживается среднеазиатская школа гидрологов. Например, А.О. Кеммерих указывает [2, с. 83]: «Под ледниковым стоком мы понимаем
сток талых вод льда и вечных снегов (фирновых полей)». Поскольку в настоящее время метеорологические наблюдения «говорят о глобальном потеплении» (рис. 1), нам представляется немаловажным рассмотреть вопрос потерь ледниками многолетних запасов льда и их влиянии на сток рек с ледниковым питанием.
Щ 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Годы
Рис. 1. Динамика средней летней температуры в ледниковой зоне Алтая
(ГМС Каратюрек, Н = 2600 м). Средняя летняя температура за 1968-1996 гг. - 5,6 оС, за 1997-2012 гг. - 6,7 оС.
В качестве объекта исследований был выбран горноледниковый бассейн Актру как наиболее исследованный в балансовом отношении на Алтае. Не останавливаясь на физико-географическом описании бассейна, которое можно найти, например, в монографии «Ледники Актру» [3] перейдем непосредственно к влиянию ледников на сток рек. Запасы льдов в бассейне Чуи при относительной стационарности ледников были оценены на основе методических разработок при составлении Атласа снежно-ледовых ресурсов мира (табл. 1).
Радиозондирование ледников Алтая
Непосредственно в бассейне Актру радиозондирование для определения толщины ледников бассейна проведено в 1995-1996 гг. [5]. Ошибка определения толщины ледников новой аппаратурой составляет ± 5 м. В 1996 и 1997 гг. было
Запасы льдов в речных бассей
прозондировано 56 ледников (включая бассейн Актру) Северо-Чуйского[6] и Южно-Чуйского хребтов [7]. Результаты анализа позволили построить весьма обоснованную зависимость объема ледника от его площади (рис. 2).
Как указывают авторы исследований, некоторые «выбросы» от полученной зависимости (ледники обозначены числами, соответствующими их положению на схеме исследований) связаны с наличием подпруживающих барьеров, либо с интенсивной деградацией ледников и намечающимся разделением сложных ледников на отдельные простые.
В 2000 г. радиофизические работы проводились в западной оконечности Катунского хребта. В частности была определена толщина ледника Томич [8].
Таблица 1
Центрального Алтая, млрд. т [4]
Река-пост у 2 F, км Оледене- Запасы льдов Годовой
2 ние, км снег лед мерзлота наледи сток
Чуя-Белый Бом 10900 224,9 0,967 13,470 38,425 0,241 1,329
Актру-ГМС 34,9 16,0 0,014 1,333 0,224 0,0001 0,032
V,km3
0.8 0.6 0.4 0.2 0
0
у=0,0033х2 + 0,0402х
8
10
34«
• 29
33
.19 ^ r-<27 #3()
•
12 F.
км"
Рис. 2. Связь между площадью (Б) и объемом (V) ледников Центрального Алтая:
19 - Малый Актру; 27 - Правый Маашей; 29 - Левый Актру; 30 - Левый Маашей; 33 - Ядринцева.
Материалы наблюдений за изменением ледников
В соответствии с Программой наблюдений за колебаниями ледников [9] в качестве объектов наблюдений выбраны три ледника: ледники Малый Ак-тру и Водопадный в бассейне Актру (Северо-Чуйский хребет) и ледник То-мич в бассейне Мульты (Западно-Катунский центр оледенения).
На леднике Томич последняя подробная топографическая съемка проводилась в 2009-2010 гг. [10]. В 2016 г., была проведена экспертная оценка изменения ледника Томич [11]. В бассейне Актру наблюдения за изменением объема ледников (Малый Актру и Водопадный) начаты в 1977 г. Однако Р.М. Му-хаметову по аэрофотоснимкам удалось рассчитать изменение поверхности лед-
ников с 1958 г. [10]. Для ледника Малый Актру на основе космической стереоскопической сьемки установлено изменение объема за период с 1995 по 2012 гг. [12]. Съемка поверхности ледника Водопадный проводилась в 2011 г. [10]. Таким образом, можно оценить изменение объема льда на ледниках Томич, Водопадный и Малый Актру за период наиболее значительного потепления в ледниковой зоне Алтая: с 1996 по 2012 гг. (рис. 3). Для приведения изменений объемов ледников Томич и Водопадный к 2012 г. воспользуемся полученными зависимостями [10-11]:
dW = А(Т срд. лет.) где dW - изменение объема льда ледника, Т ср.лет. - средняя летняя температура на ГМС Каратюрек.
Рис. 3. Динамика средней летней температуры на ГМС Каратюрек и объема ледника Малый Актру с 1961 по 2012 гг. [12]
На основе Каталогов ледников [1974, 1977] и космической съемки 2006 г. Р.А. Кобялко [13] было проанализировано изменение площади оледенения Северо-Чуйского и Южно-Чуйского хребтов. Например, за период с 1958-1960 гг. (годы аэрофотосъемок ледников, по которым составлялись Каталоги) по 2006 г. на Северо-Чуйском хребте из 128 осталось 89 ледников. Площадь оледенения сократилась на 34,7 км2. На основе анализа аэрофото-съмок и космических снимков можно с уверенностью сказать, что ледники с площадью 0,1-0,2 км к 2012 г. в боль-шенстве исчезли.
В 2012 г. проведены переговоры и заключен договор с фирмой СОВЗОНД на выполнение стереоскопической космической съемки бассейна Актру (100 км ) в июле-августе 2012 г. (стоимость работ составила 4 тыс. $). Съемка проводилась со спутника «WorldView-2» 27 июля 2012 г. с разрешением по высоте ± 50 см. Сопоставление стереопар показало, что для построения карт можно использовать лишь поверхности ледников Малый Актру, Водопадный и Левый Тетё. На всех остальных снимках
ледников (либо на одном, либо на другом) присутствует облачность.
Для проверки карты полученной на 2012 г. для ледника Малый Актру и для получения методики оценки изменения ледника Левый Актру сделана попытка увязать баланс ледника Малый Актру со средней летней температурой на ГМС Каратюрек (Н = 2600 м). Полученная зависимость позволяет оценить сумму ледового баланса ледника Малый Актру с 1990 (дата последней топографической съемки) по 2012 гг. (рис. 4).
Согласно расчетам С.Ю. Самойловой [12] ледник Малый Актру за период с 1990 по 2012 гг. потерял в среднем 13 м своей толщины. Если рассчитать сумму ледового баланса ледника по полученной зависимости она будет равна -9,32 м в слое воды. Для оценки поправочного коэффициента перевода слоя воды в слой вещества примем, что площадь фирнового бассейна за период 1990-2012 гг. составляет 1/2 площади ледника (до глобального потепления это отношение было 1,45). Плотность сезонного снега к концу сезона абляции равна 0,45 г/см3. [3]. Тогда поправочный коэфиициент будет равен: 0,5*0,45 + 0,5*0,9 = 0,675, а потери ледника в слое вещества (снега и льда) составят 13,8 м.
d I = \ (Тср.лет)
£Р
£ с
.о
л
го
100 50 0
5 -100
с
X
го
л
го ш
-150
-200
у = -5,6618х2 + 16,678х + 91,192
R2 = 0,6403 ♦
Средняя летняя температура по ГМС Каратюрек, град. С
4
^ Р-50
Рис. 4. Зависимость баланса ледника Малый Актру от средней летней температуры
на ГМС Каратюрек (Н = 2600 м).
Использованы материалы с 1973 по 1998 гг.: ромбики - исследования В.П. Галахова [3, 8], квадратики - Ю.К. Нарожнего [14].
Расчеты подтвердили материалы стереоскопической съемки, а также то, что полученный метод можно было использовать для оценки потерь вещества ледником Левый Актру за период с 1961 (дата создания карты, ГУГК) по 2012 гг.
При использовании существующих материалов измеренного ледового баланса ледника Левый Актру сделана попытка увязать его со средней летней температурой на ГМС Каратюрек (рис. 5). Из общей зависимости «выбиваются» два года. Верхняя точка (1977) имеет баланс +24 г/см2. при средней летней температуре на ГМС Каратюрек 6,2 оС. Скорее всего, это связано с тем, что наблюдения за ледовыми балансами начаты в 1977 г. В первую очередь балансовые наблюдения проводились на двух опорных ледниках: Малый Актру и Водопадный. Поэтому снегосьемка на леднике Левый Актру была проведена достаточно поздно: 17-18 июля 1977 г. [3, рис. 21]. Абляционные рейки на языке ледника также были установлены существенно позднее начала таяния льда. Скорее всего, измеренный в 1979 г. баланс ледника Левый Актру существенно занижен, поэтому эти две точки при расчетах суммарного баланса ледника Левый Актру не использовались.
Если рассчитать сумму ледового баланса ледника Левый Актру с 1996 по
2012 гг. по полученной зависимости она будет равна -8,46 м в слое воды. Для оценки потери вещества примем поправочный коэффициент такой же, как и для ледника Малый Актру: 0,675. В этом случае ледник Левый Актру за период с 1960 по 2012 гг. в среднем для всего ледника потерял 12,5 м.
На языке ледника Левый Тетё одновременно с ледником Водопадным в начале июля 2011 г. проводилась топографическая съемка с помощью геодезической системы Leica SR20. Применялся быстрый статистический способ определения координат точек. Один приемник использовался в качестве базовой станции на репере (суммарный осадкомер под языком ледника Водопадного), а второй - в качестве подвижной станции для определения координат точек на поверхности языка ледника Левый Тетё (рис. 6).
Анализ высоты поверхности языка ледника в 1961 и в 2011 гг. показал, что поверхности расходятся на 50 м. Однако высотные отметки на схеме приведены в системе WGS-84, которые в соответствии с результатами полевых исследований отличаются от поверхности геоида, применяемого при построении карт в СССР, на 41,5 м [15].
Рис. 5. Зависимость баланса ледника Левый Актру от средней летней температуры
на ГМС Каратюрек (Н = 2600 м).
Использованы материалы с 1977 по 1990 гг.: ромбики - исследования В.П. Галахова [3, 8], квадратики - Ю.К. Нарожнего [14].
Таким образом, поверхность ледника Левый Тетё в 2011 г. опустилась по сравнению с 1961 г. на 8,5 м. С учетом площади ледника в 2011 г. (0,61 км2) ледник потерял 0,00521 км3 льда. Безвозвратные потери при отступаниии языка ледника (0,16 км ) и при средней толщине ледника (по [17] - 42,8 м) составили 0,00691 км3. Таким образом, расчеты по леднику Левый Тетё показали, что при его площади 0,77 км2 (1961) он потерял с 1961 по 2011 гг. 36,6 % своего вещества. Учитывая, что мы «подгоняем» данные к дате радиолокационной съемки (1996), примем, что за период слабого отступания языков ледников с 1961 по 1996 гг. (см. рис. 2) потери примерно соответствовали периоду 2011-2012 гг.
Имея данные о потере вещества различными по площади ледниками построим зависимость потерь ледников от их площади (рис. 7) и рассчитаем потери ледников бассейна за период с 1996 по 2012 гг. (табл. 2).
dW(B %) =f (S)
Рис. 7. Изменение объема ледников в бассейне Актру в зависимости от их площади
(по сравнению с 1996 г. - дата радиолокационной съемки).
Таблица 2
Безвозвратные потери вещества ледниками бассейна Актру за 2006-2012 гг.
Ледник 1996 г. [5] Потери, % 2012 г., W, км3
S, км2 W, км3
Малый Актру 2,84 0,245 17,6 0,202
Левый Актру 5,95 0,534 12,6 0,467
Правый Актру 5,15 0,288 14,6 0,246
Водопад-ный 0,75 0,035 41,6 0,020
Кар Малый Актру 0,91 0,062 38,8 0,038
Стажёр 0,24 0,013 0,0 0,013
Сумма 15,84 1,177 0,986
Г Л
0 250 500 м
1_I_I
Купол Трёх Озёр 3556,2
Рис. 6. Схема поверхности языка ледника Левый Тетё в начале июля 2011 г.
Пунктирной линией показана граница ледника в соотвествии с топографической картой 1961 г. Изолинии высот проведены через 20 м.
ное соотношение потерь вещества ледниками с 1996 по 2012 гг., дана экспертная оценка изменения ледникового стока в бассейне р. Чуи (табл. 3).
Выводы
1. Глобальное потепление вносит свои изменения в сток рек с ледниковым питанием.
2. Доля увеличения поверхностного стока должна зависеть не только от доли оледенения, но и от общего увлажнения (количества годовых осадков) исследуемого бассейна, на что указывал Г.Е. Глазырин в своем докладе [16]. Например, среднее многолетнее количество годовых осадков в бассейне Чуи составляет 370 мм, в бассейне Аргута -630 мм, а в верховьях Катуни - около 1000 мм. Поэтому и в бассейне Аргута, и в верховьях Катуни доля увеличения стока должна быть существенно меньше 10 %.
Работа выполнена благодаря финансовой поддержке РФФИ (грант № 18-05-00007).
Список литературы
1. Гляциологический словарь. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 528 с.
2. Кеммерих А.О. Роль ледников в стоке рек Средней Азии // Матер. гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. № 20. - М., 1972. - С. 82-94.
3. Галахов В.П., Нарожный Ю.К., Никитин С.А. и др. Ледники Актру (Алтай). - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 119 с.
4. Галахов В.П. Запасы льдов Центрального Алтая. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира // Гляциология Сибири. Вып. 3(18). - Томск: Изд-во ТГУ, 1986. - С. 69-71.
5. Никитин С.А., Веснин А.В., Осипов А.В., Игловская Н.В. Радиофизические исследования ледников Алтая. // Вопр. географии Сибири. Вып. 22. - Томск: Изд-во ТГУ, 1997. - С. 120-128.
6. Никитин С.А., Веснин А.В., Осипов А.В., Игловская Н.В. Результаты радиофизических исследований ледников Северо-Чуйского хребта на Алтае // Матер. гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. № 87. - М., 1999. - С. 188-195.
7. Никитин С.А., Веснин А.В., Осипов А.В., Игловская Н.В. Результаты радиозондирования ледников Центрального Алтая (Северо-Чуйский и Южно-Чуйский хребты) // Матер. гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. № 88. - М., 2000. -С. 145-149.
8. Никитин С.А., Веснин А.В., Осипов А.В., Игловская Н.В. Распределение объемов льда в западной части Катунского хребта по данным радиолокационного зондирования // Вестн. Томского гос. ун-та. - 2001. - № 274. - С. 34-39.
9. Основные положения по организации и проведению наблюдений за колебаниями ледников // Матер. гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. № 22. -М., 1983. - С. 199-222.
Таблица 3 Увеличение стока рек с ледниковым питанием за период 1996-2012 гг.
Река (водомерный пост) Оледенение бассейна*, % Доля увеличения стока, %
Актру-Актру Чуя-Белый Бом 28,1 2,1 15,6 5,2
Примечание: * - по Каталогу.
Объем ледников за период с 1996 по 2012 гг. (за 16 лет) изменился на
3 3
0,191 км , т.е. год - на 0,0119 км вещества, или на 0,008 км3 воды (коэффициент перевода вещества в воду - 0,675). Если (в соответствии с табл. 1) средний годовой объем стока за период, предшествующий потеплению, составлял 0,032 км , то ледники в среднем за период 1996-2012 гг. увеличивали сток в горноледниковом бассейне Актру ежегодно на 16 % (табл. 3). Число, как видим, значительное. Используя получен-
10. Самойлова С.Ю., Шевченко А.А., Шереметов Р.Т., Коломейцев А.А. Колебания ледников Томич и Водопадный (Алтай) во второй половине ХХ - начале XXI в. // Лед и снег. - 2015. - Т. 55. - № 3. - С. 47-54.
11. Коломийцев А.А., Мардасова Е.В., Рудыка Р.А., Шереметов Р.Т. Экспертная оценка потери вещества ледником Томич (Западно-Катунский центр оледенения, Алтай) за период с 2010 по 2016 гг. // Изв. Алтайского РГО. - 2016. - № 3(42). - С. 45-51.
12. Галахов В.П., Самойлова С.Ю., Шевченко А.А., Шереметов Р.Т. Скорость изменения объема ледника Малый Актру (Алтай) за период инструментальных наблюдений. // Изв. АлтГУ. - 2013. - № 3/2. - С. 147-150.
13. Кобялко Р.А. Изменение оледенения Центрального Алтая за период инструментальных наблюдений // Девятое Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: матер. рос. конф. - Томск: Изд-во Аграф-Пресс, 2011. - С. 243-244.
14. Нарожный Ю.К. Баланс массы ледников и их климатическая обусловленность // Матер. гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. № 72. - М., 1991. -С. 107-122.
15. Галахов В.П., Самойлова С.Ю., Коломийцев А.А., Шевченко А.А., Шереметов Р.Т. Колебания языка ледника Малый Актру за период инструментальных наблюдений (1961-2013) // Мир науки, культуры, образования. - 2014. - № 4 (47). - С. 402-404.
16. Глазырин Г.Е. Влияние изменения климата на сток горных рек (неожиданный аспект) // Вторая Междунар. науч. конф. «Климатология и гляциология Сибири». Томск, 20-23 октября 2015 г. (электронная версия материалов доклада).
References
1. Glyatsiologichesky slovar. - L.: Gidrometeoizdat, 1984. - 528 s.
2. Kemmerikh A.O. Rol lednikov v stoke rek Sredney Azii // Mater. glyatsiologicheskikh issledovany. Khronika, obsuzhdeniya. № 20. - M., 1972. - S. 82-94.
3. Galakhov V.P., Narozhny Yu.K., Nikitin S.A. i dr. Ledniki Aktru (Altay). - L.: Gidrometeoizdat, 1987. - 119 s.
4. Galakhov V.P. Zapasy ldov Tsentralnogo Altaya. Atlas snezhno-ledovykh resursov mira // Glyatsiologiya Sibiri. Vyp. 3(18). - Tomsk: Izd-vo TGU, 1986. - S. 69-71.
5. Nikitin S.A., Vesnin A.V., Osipov A.V., Iglovskaya N.V. Radiofizicheskiye issledo-vaniya lednikov Altaya. // Vopr. geografii Sibiri. Vyp. 22. - Tomsk: Izd-vo TGU, 1997. -S. 120-128.
6. Nikitin S.A., Vesnin A.V., Osipov A.V., Iglovskaya N.V. Rezultaty radiofizicheskikh issledovany lednikov Severo-Chuyskogo khrebta na Altaye // Mater. glyatsiologicheskikh issledovany. Khronika, obsuzhdeniya. № 87. - M., 1999. - S. 188-195.
7. Nikitin S.A., Vesnin A.V., Osipov A.V., Iglovskaya N.V. Rezultaty radiozondirovani-ya lednikov Tsentralnogo Altaya (Severo-Chuysky i Yuzhno-Chuysky khrebty) // Mater. glyatsiologicheskikh issledovany. Khronika, obsuzhdeniya. № 88. - M., 2000. - S. 145-149.
8. Nikitin S.A., Vesnin A.V., Osipov A.V., Iglovskaya N.V. Raspredeleniye obyemov lda v zapadnoy chasti Katunskogo khrebta po dannym radiolokatsionnogo zondirovaniya // Vestn. Tomskogo gos. un-ta. - 2001. - № 274. - S. 34-39.
9. Osnovnye polozheniya po organizatsii i provedeniyu nablyudeny za kolebaniya-mi lednikov // Mater. glyatsiologicheskikh issledovany. Khronika, obsuzhdeniya. № 22. - M., 1983. - S. 199-222.
10. Samoylova S.Yu., Shevchenko A.A., Sheremetov R.T., Kolomeytsev A.A. Kolebani-ya lednikov Tomich i Vodopadny (Altay) vo vtoroy polovine KhKh - nachale KhKhI v. // Led i sneg. - 2015. - T. 55. - № 3. - S. 47-54.
11.Kolomytsev A.A., Mardasova Ye.V., Rudyka R.A., Sheremetov R.T. Ekspertnaya otsenka poteri veshchestva lednikom Tomich (Zapadno-Katunsky tsentr oledeneniya, Altay) za period s 2010 po 2016 gg. // Izv. Altayskogo RGO. - 2016. - № 3(42). - S. 45-51.
12.Galakhov V.P., Samoylova S.Yu., Shevchenko A.A., Sheremetov R.T. Skorost iz-meneniya obyema lednika Maly Aktru (Altay) za period instrumentalnykh nablyudeny. // Izv. AltGU. - 2013. - № 3/2. - S. 147-150.
13.Kobyalko R.A. Izmeneniye oledeneniya Tsentralnogo Altaya za period instrumentalnykh nablyudeny // Devyatoye Sibirskoye soveshchaniye po klimato-ekologicheskomu moni-toringu: mater. ros. konf. - Tomsk: Izd-vo Agraf-Press, 2011. - S. 243-244.
14.Narozhny Yu.K. Balans massy lednikov i ikh klimaticheskaya obuslovlennost // Mater. glyatsiologicheskikh issledovany. Khronika, obsuzhdeniya. № 72. - M., 1991. - S. 107-122.
15.Galakhov V.P., Samoylova S.Yu., Kolomytsev A.A., Shevchenko A.A., Sheremetov R.T. Kolebaniya yazyka lednika Maly Aktru za period instrumentalnykh nablyudeny (19612013) // Mir nauki, kultury, obrazovaniya. - 2014. - № 4 (47). - S. 402-404.
16.Glazyrin G.E. Vliyaniye izmeneniya klimata na stok gornykh rek (neozhidanny aspekt) // Vtoraya Mezhdunar. nauchn. konf. «Klimatologiya i glyatsiologiya Sibiri». Tomsk, 20-23 oktyabrya 2015 g. (elektronnaya versiya materialov doklada).
GLOBAL WARMING EFFECT ON GLACIER RUNOFF BASED ON THE AKTRU BASIN STUDIES FOR 1952-2012
VP. Galakhov1-2, S.Yu. Samoilova1, A.A. Kolomeytsev1, E.V. Mardasova2,
2 3
A.A. Shevchenko , R.T. Sheremetov
1 Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail: [email protected]
2Altai State University, Barnaul 3Institute of Human Ecology, SB RAS, Kemerovo
Based on the data obtained due to instrumental observations of changes in the Altai glaciers volume in 1973-1998 (the Aktru basin, the North-Chuisky Ridge), we studied the effect of global warming on glacier runoff in the Aktru basin as well as estimated the glacier runoff changes in rivers Chuya.
Ключевые слова: Russian Altai, the Aktru basin, glacier runoff.
Received January 9, 2019
