CC BY
122
УДК 528.88(15)
Ю.М. Полищук, О.С. Токарева, В.П. Иродова ИХН СО РАН, Томск
ВОПРОСЫ МОНИТОРИНГА ИЗМЕНЕНИЯ ГРАНИЦ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ ОЖИДАЕМОГО ПОТЕПЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ
В настоящее время все большее признание получает точка зрения о том, что глобальное потепление климата может оказать существенное влияние на состояние многолетнемерзлых пород (ММП) Сибири, что приведет в конечном итоге к изменению прочностных свойств грунтов и будет сопровождаться ростом аварийности на трубопроводах и других сооружениях. В связи с этим важным является слежение за возможным изменением границ распространения ММП в условиях ожидаемого потепления.
В изучении и картировании природных процессов широко применяются аэро- и космические снимки и ландшафтно-индикационный метод. Преимущество использования современных космических снимков (КС) высокого разрешения состоит в том, что при сопоставимости их масштабов с масштабом аэрофотоснимков, один КС обеспечивает значительно больший по площади охват территории.
Анализируя опыт дешифрирования аэрофотоснимков, можно сделать заключение, что изменения геокриологических условий могут выявляться также при дешифрировании космических снимков высокого разрешения по геометрической форме ландшафтных выделов, специфическому расположению элементов структуры растительного покрова, составу растительных биоценозов. При построении геокриологических карт с использованием КС учитывают высоту местности, вид ландшафта, растительность, почвенно-геологические особенности территории, увлажненность поверхности и температурный режим пород [1].
Среди индикаторов криогенных явлений наибольшее значение имеют геоморфологические индикаторы, к которым относятся типы и формы рельефа. На территории Западной Сибири вблизи южной границы распространения многолетнемерзлых пород основными криогенными и посткриогенными формами рельефа являются термокарст, полигональный рельеф, пучение. Второе место по значению в системе ландшафтных индикаторов принадлежит растительности, которая является компонентом ландшафта, связанным с климатом, почвами и т.д. В зоне распространения ММП строение растительного покрова тесно связано с распределением мерзлых и талых пород, глубиной промерзания и может служить индикатором геокриологических условий. Обычно в качестве индикаторов используются растительные сообщества, а не отдельные растения [2].
Проведенный анализ литературных данных по дешифрированию аэрофотоснимков при геокриологических исследованиях показал, что можно
выделить следующие индикационные признаки криогенных и посткриогенных ландшафтов [2, 3]:
- Термокарст, западины, аласные котловины;
- Грядово-мочажинные болота;
- Бугры пучения;
- Полигональный рельеф;
- Плоскобугристые и крупнобугристые торфяники;
- Состав мохового, лишайникового покрова.
Термокарст (вытаивание подземных льдов различного генезиса, содержащихся в толще рыхлых пород) наибольшее развитие получил в южной части зоны сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Термокарстовые озера имеют характерную округлую, овально-удлиненную или лопастную форму.
Верховые торфяники расположены на плоских или выпуклых поверхностях, в том числе и на водоразделах. К основным типам верховых торфяников относятся моховые (безлесые и залесенные) и грядово-мочажинные. На аэрофотоснимках моховые безлесые торфяники имеют светлый тон (сфагновые белые мхи) и однородный или неясно пятнистый рисунок. По периферии они переходят в кустарниково-сфагновые торфяники, иногда в разной степени залесенные. Грядово-мочажинные торфяники выделяются по характерному полосчато-сетчатому рисунку, который связан с чередованием сильнообводненных мочажин и повышенных, часто облесенных гряд. Если мочажины превращены в небольшие озера, торфяник становится грядово-озерковым. Форма таких торфяников может быть очень разнообразной: округлой, вытянутой, сильно удлиненной и извилистой [2].
Пучение грунтов наблюдается в основном в южной части сплошного и северной части прерывистого распространения многолетнемерзлых пород. Многолетние бугры пучения достигают высоты 10-15 м, реже 30-40 м и более, диаметр по основанию - от 20-30 до 100-200 м. Основание бугров часто опоясывается сильно заболоченной полосой с осоково-пушициевой растительностью. Гидролакколиты отличаются наличием ледяного ядра и значительно большими размерами: высота достигает 30-50 м и диаметр по основанию 300-400 м и более. В зрелой и угасающей стадии развития, когда начинается вытаивание льдов, многолетние бугры пучения покрываются трещинами, кровля бугров проседает, на поверхности появляются термокарстовые западины, воронки, озера. Изображение таких бугров на аэрофотоснимках имеет сложную пятнисто-полосчатую структуру: темные радиальные и концентрические полосы свидетельствуют о наличии глубоких трещин, темные пятна - о наличии озер или западин. В торфяных образованиях накопление подземных льдов приводит к формированию площадей пучения. В результате последующего морозного растрескивания и термокарстовоэрозионных процессов такие площади превращаются в плоскобугристые и крупнобугристые торфяники. Такие торфяники изображаются на снимках земной поверхности в виде скопления округлых и округло-вытянутых пятен. По
границе торфяника нередко проходит кайма, отвечающая моховому или травяно-моховому покрову [2].
Плоскобугристые торфяники образуются в результате вытаивания полигонально-жильных льдов, их характерной особенностью является геометрически правильное расположение одинаковых по размерам округлых, овальных бугров с плоскими вершинами [4]. В южных районах такие торфяные массивы образуют острова реликтовых многолетнемерзлых пород, залегающих близко к поверхности и имеющих малую глубину протаивания [5].
Солифлюкция - течение оттаявших водонасыщенных рыхлых пород по подстилающему мерзлому слою. Развивается на очень пологих склонах. Солифлюкционные процессы дешифрируются на аэрофотоснимках по создаваемым формам рельефа с полосчатым рисунком изображения [2].
В работе использовались космические снимки с Landsat 5 (пространственное разрешение 28,5 м в 1-5, 7 каналах) и Landsat 7. В качестве инструмента на борту спутника Landsat 7 выступает прибор ЕТМ+ — мультиспектральный сканирующий радиометр. Инструмент ЕТМ+ ведет сбор данных в 8-ми спектральных каналах. Пространственное разрешение в видимых и инфракрасных каналах составляет 30 м, разрешение панхроматического изображения — 15 м и разрешение термального канала — 60 м.
Для проведения исследований с применением космических снимков выбраны два тестовых участка, для которых имеются литературные данные о проведенных наземных исследованиях: первый участок в пределах центральной части Сибирских Увалов (водораздел р. Пякупур и левых притоков р.Тромъеган) и второй участок на северо-западе ХМАО (в районе рек Северная Сосьва, Казым, Конда). Собрана коллекция космических снимков Landsat 5 и Landsat 7 на территорию в пределах южной границы распространения многолетнемерзлых пород в Западной Сибири и проведена их первичная обработка. Проведен анализ встречаемости и распознаваемости геоморфологических и геоботанических индикаторов криогенного состояния ландшафтов по космическим снимкам.
В центральной части Сибирских увалов многолетнемерзлые породы (ММП) встречаются на открытых безлесых участках, приурочены к положительным формам рельефа на болотах - межозерным и межмочажинным перемычкам и грядам, буграм среди топей, в растительном покрове которых преобладает ягель [6]. Сибирские Увалы находятся в подзоне эпигенетических мерзлых торфяников с характерным островным распространением мерзлых пород, причем в пределах Сибирских Увалов ММП занимают большие площади, что связано с широким распространением торфяников и значительным распространением ММП на залесенных вершинах гряд. Район находится вблизи южной границы распространения ММП со среднегодовой температурой талых и мерзлых пород около 0° С. Солифлюкционные формы рельефа развиты крайне слабо, относительно широкое распространение имеют многолетние бугры пучения и термокарстовые явления. Следует отметить, что многолетние бугры пучения имеют незначительные размеры (высота 2-4 м, 10-
20 м в поперечнике). Довольно широко распространены термокарстовые явления, причем теплофизические предпосылки развития термокарста благоприятны для этой зоны (значительный уровень инсоляции, повышенные среднегодовые температуры грунтов, высокий снежный покров). Основная часть термокарстовых форм рельефа приурочена к торфяникам, большую часть термокарстовых образований на торфяниках составляют реликтовые формы -крупные озерные котловины и обширные заболоченные депрессии [7, 8].
Предварительный визуальный анализ космических изображений показал, что на космических снимках наблюдаются объекты, которые могут быть дешифрированы как криогенные формы ландшафта. На рис. 1 -а для иллюстрации приведено изображение грядово-мочажинного болота на аэрофотоснимке, заимствованное из [3]. И, как видно из рис. 1-б, где приведен космический снимок Landsat 7 с разрешением 15 м, грядово-мочажинные болота достаточно четко выделяются.
Аналогично могут быть дешифрированы на космических снимках грядово-озерковые комплексы, термокарстовые озера, торфяные массивы различных типов.
а - на аэрофотоснимке, б - на космическом снимке
Рис. 1. Изображение грядово-мочажинного болота
Использование данных космической съемки в сочетании с данными наземных исследований лесоболотных ландшафтов позволит оценить характер и масштабы развития криогенных процессов на южной границе криолитозоны с целью прогнозирования возможных изменений границ вечной мерзлоты в Сибири и изменений состояния многолетнемерзлых грунтов в связи с потеплением климата.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Некрасов И.А., Петропавловская М.С. Опыт применения космических снимков для геокриологического картирования // Исследования Земли из космоса. - 1983. - № 2. - С.14-20.
2. Гудилин И.С., Комаров И.С. Прменение аэрометодов при инженерногеологических и гидрогеологических исследованиях. - М.: Недра, 1978. - 319 с.
3. Мельников Е.С., Вейсман Л.И., Крицук Л.Н. Ландшафтные индикаторы инженерно-геокриологических условий севера Западной Сибири и их дешифровочные признаки. - М.: Недра, 1974. - 132 с.
4. Тыртиков А.П. Динамика растительного покрова и развитие мерзлотных форм рельефа. - М.: Наука, 1979. - 116 с.
5. Протасьева И.В. Аэрометоды в геокриологии. - М.: Наука, 1967. - 196 с.
6. Клюев П.И., Чуфистова З.В. Ландшафтные индикаторы геокриологических условий болотных массивов центральной части Западной Сибири // Инженерногеологические и геокриологические исследования в Западной Сибири. М.: Стройиздат. -1987. - С. 27-31.
7. Шаманова И.И. Геокриологические условия Центральной части Сибирских Увалов // Известия АН СССР. Сер. географическая. - 1975. - № 4. - С. 109-116.
8. Уваркин Ю.Т., Чеховский А.Л., Шаманова И.И. Условия существования и динамика многолетнемерзлых пород Западной Сибири вблизи южной границы // Известия АН СССР. Сер. географическая. - 1980. - № 1. - С. 106-112.
© Ю.М. Полищук, О.С. Токарева, В.П. Иродова, 2006
