Климатические изменения и режим деятельного слоя грунта на полигоне

Климатические изменения и режим деятельного слоя грунта на полигоне

о. Самойловского в дельте р. Лена за последние 10 лет

Анализ метеоданных по станциям на южном побережье моря Лаптевых от полярной станции Усть-Оленёк до Тикси показал отсутствие значимых трендов к потеплению климата. Более того, последнее десятилетие характеризуется похолоданием летних сезонов. А температуры тёплого сезона имеют решающее значение для режима многолетнемёрзлых пород и деятельного слоя грунта.

Наблюдения за состоянием деятельного слоя грунта начаты на полигонах острова Самойловского в 2002 г, а в 2005 г. там же пробурена скважина глубиной 26,8 м, которая в 2006 г. оснащена термодатчиками для наблюдения за ходом температур многолетнемёрзлых пород на разных глубинах.

Пока недлинный ряд наблюдений за состоянием деятельного слоя грунта на полигоне показывает, что: 1 - глубина протаивания и температуры на различных горизонтах деятельного слоя не имеют непосредственной корреляции со среднегодовой и летней температурой воздуха на полигоне; 2 – температуры воздуха, температуры на глубинах и глубина протаивания в центре полигона значительно колеблются от года к году и не имеют устойчивой направленности к увеличению или уменьшению; 3 – на глубину протаивания и температуры грунта на глубинах кроме температуры воздуха, по-видимому, значительное влияние оказывают высота снежного покрова и облачность, которые пока не принимаются во внимание из за того, что всё внимание в вопросах изучения протаивания вечно-мёрзлых грунтов уделяется именно приземной температуре воздуха, которая в изучаемом районе не имеет тенденции к повышению, хотя бы в течение последних 10 лет.

Биоклиматические и геогенные ограничения возможностей трансформаций почв Арктики и Антарктики в результате глобальных изменений
Горячкин С.В.¹, Гиличинский Д.А.², Зазовская Э.П.¹, Мергелов Н.С¹,

Федоров-Давыдов Д.Г.^2
1Институт географии РАН, Москва,

²Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино
В 2009 году в рамках работы по Международному Полярному году были подведены итоги интернационального проекта RASCHER, который имел своей целью изучить, как климатические и другие глобальные изменения могут повлиять на почвенные системы полярных областей (Арктика и Субарктика) и их устойчивость, а также были продолжены работы по сравнению современных процессов, происходящих в почвах высоких широт Северного и Южного полушарий.

Выявлено, что не существует одинаковой последовательности почвенных зон в полярных областях Северного и Южного полушарий. Субполярные и полярные почвенные покровы Арктики и Антарктики неодинаковы – их разница заключается, прежде всего, в большей несомкнутости в Антарктиде. Обоснованы следующие названия почвенных зон - «Низко- и Среднеарктические тундры и Высокоарктические тундропустоши» в Арктике, а также «Субантарктические тундры, Низкоантарктические тундропустоши, Среднеантарктические семиаридные пустоши и Высокоантарктичекие холодные пустыни» в Антарктике.

В предварительном порядке в Антарктиде выделены следующие группы почв.

1) Органо-минеральные почвы с макропрофилями (при привносе органики из моря – «орнитогенные» и «пост-орнитогенные») – в них идет активное взаимодействие гуано с минералами почв. 2) Органо-минеральные почвы с микропрофилями в первые несколько сантиметров на мелкоземе под мхами и лишайниками; 3) Безгумусовые (ahumic soils по Тедроу) профильно анизотропные почвы на мелкоземе без макрожизни – анизотропность создается абиогенными процессами: криогенным оструктуриванием и выдуванием мелкозема из верхних горизонтов. 4) Эндолитные почвы, продуктом педогенеза в которых являются внутритрещинный мелкозем и новообразованные минералы – (гидр)оксиды железа, как остающиеся в трещинах, так и попадающие на поверхность камней и придающие им буроватую и красноватую окраску - по площади это самые распространенные почвы Антарктиды. Жизнь в материковой Антарктиде уходит прямо в камень. Из-за больших перепадов температур здесь даже в граните образуются многочисленные мелкие трещины, куда под прозрачные пропускающие свет минералы поселяются повсеместно обнаруживаемые автотрофы – водоросли, роль в преобразовании минералов которых поистине колоссальна. В трещинах идет растворение железистых минералов, выход двухвалентого железа из решетки и его окисление, в результате чего на породе, имеющей зеленовато-серую окраску, формируются как поверхностные, так и внутритрещинные пленки красно-бурого и красного цвета. Кроме того, внутри глыб идет травление полевых шпатов и кварца и формирование мелко-песчаного и пылеватого мелкозема. 5) Эпилитные почвы под лишайниками на камнях. 6) Эпилитные и эндолитные «почвы», сформированные на поверхности камня или внутри трещин без участия организмов, например, за счет окисления тех минералов, которые могут окисляться и абиогенно.

Возможности трансформации почв и почвенного покрова в Арктике намного выше, чем в Антарктиде, так как в последнем случае «острова» педосферы в гляциосистемах ледяного континента, в которых основным лимитирующем развитие почв фактором является ветер, целиком зависят от изменения покровного оледенения Антарктиды, которые могут происходить намного медленнее.

Термическое состояние вечной мерзлоты в Антарктиде и восточной Арктике
Д.А. Гиличинский, А.А. Абрамов, В.А. Миронов, Д.Г. Федоров-Давыдов, А.Л. Холодов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
Для вечной мерзлоты, чувствительной к флуктуациям климата, первостепенное значение имеет отклик на них земной поверхности. Особое внимание к проблеме диктуется усиливающимся общественным беспокойством в связи с глобальным потеплением и, как следствие, инфраструктурными рисками. Имеющихся данных для выводов в планетарном масштабе недостаточно. На сбор их нацелен мониторинг термического состояния вечной мерзлоты, организованный в восточном секторе Арктике и организуемый в районах расположения российских станций по периметру Антарктиды в свободных ото льда оазисах.

Наблюдения за глубиной сезонного оттаивания () и температурным режимом мерзлых пород ведутся в восточной Арктике непрерывно с 80-х годов прошлого века на стационарных участках в тундре, северной тайге и интразональных экосистемах пойм. Предыдущий максимум глубин оттаивания соответствовал термическому максимуму 1991 г. В середине 90-х годов мощность деятельного слоя сократилась, затем стала расти и сейчас превосходит уровень 1991 г. Эти флуктуации отражают короткопериодные максимумы температур воздуха и преждевременно связывать увеличение глубин сезонного оттаивания с глобальным потеплением. Замеры до 25 м в скважинах в течение 5-15 лет не фиксируют изменений среднегодовых температур мерзлых толщ ни в конце прошлого века, ни в начале нынешнего. Для получения более длинных рядов, в точках, где когда-то был произведен замер, заложены новые скважины для повторных измерений. Тем самым, ноль-момент мониторинга сдвинут назад, позволяя вовлечь в ре-анализ старые данные и получить сведения о реакции мерзлых толщ на изменения климата за период между замерами. Сравнение замеров 1980-81 и 2007-09 гг. не выявили различий между нынешней температурой вечной мерзлоты и ее прошлыми, 25 летней давности значениями, ни на пойме, ни на тундровых и таежных водоразделах. Данные статистически и пространственно репрезентативной сети наблюдений говорят о минимальном отклике термического состояния вечной мерзлоты восточной Арктики на текущие флуктуации климата.

В Сухих Долинах слой сезонного оттаивания () как таковой отсутствует. За счет сублимации верхние 5-10 см иссушаются и, будучи несцементированными льдом, периодически выдуваются ветром. В результате, кровля мерзлоты совпадает с дневной поверхностью. Крайне низкой влажностью - первые проценты в верхах слоя  характеризуются районы станций Русская и Новолазаревская. Криогенное строение верхнего метра соответствует здесь двучленной модели марсианской поверхности: верха разреза (10-80 см) сложены сухими морозными грунтами, подстилаемыми мерзлыми, сцементированными льдом, породами. Максимальные среднегодовые температуры мерзлых пород зафиксированы на низких гипсометрических уровнях у побережья материка: от -11^оС на станции Молодежная до -18.5^оС в Сухих Долинах (долина Тейлора). С увеличением высоты местности они уменьшаются до -24^оС в долине Бикон на высотах 1000-1300 м над уровнем моря и -28^оС на отметке 2570 м. По о-вам Кинг-Джордж, Ливингстон и Десепшен впервые установлена северная граница вечной мерзлоты Антарктиды с близкими к 0ºС среднегодовыми температурами пород. На морской террасе у метеоплощадки станции Беллинсгаузен она составляет всего -0.5ºC (температура у подошвы вечной мерзлоты на глубине 10 м -0.25ºC). На о-ве Десепшен, при примерно тех же среднегодовых температурах, мощность мерзлых пород составляет ~6 м. В первом случае высокие температуры во многом обусловлены отепляющим влиянием мощного, до 1 м, снежного покрова, во втором - теплоизолирующими свойствами пирокластического материала: пеплами и шлаками.

Особенности инициального освоения человеком высоких широт Северного полушария

Существующие к настоящему времени данные позволяют считать, что первые попытки проникновения человека отмечаются на северо-востоке Восточно-Европейской равнины и относятся к эпохе мустье – началу позднего плейстоцена. Однако они имели скорее «разведочный» характер, когда не происходило закрепление человека на новой территории и он возвращался в прежние районы обитания (тактика «вперед-назад»).

Первая волна устойчивого (хотя и очень скромного в территориальном отношении) освоения приходится на мегаинтерстадиал последней ледниковой эпохи, на ее вторую половину, от 35-40 тыс.л.н. до 25 тыс.л.н. (в шкале радиоуглеродного метода) в условиях существенного потепления и распространения наряду с перигляциальными тундровыми экосистемами разреженной древесной растительности. В пленигляциале, в интервале 24-14 тыс.л.н. в условиях максимального похолодания и господства перигляциально-степных ландшафтов произошла рецессия позднепалеолитического населения. Вторая волна активизации расселения происходит так же, как в эпоху первой волны, в условиях потепления, отвечающего позднеледниковью и началу голоцена (от 13-12 тыс.л.н. до примерно 10 тыс.л.н.). На это время приходится важная веха глобального первоначального освоения человеком Земли, а именно его проникновение из восточного полушария в западное через Берингийский «мост».

Во вторую половину голоцена, когда человек появляется на Канадском Севере, а затем и в Гренландии, завершается процесс инициального глобального заселения Арктики и Субарктики.

Исследованиями, проведенными по проекту, установлено, что природные факторы оказывали существенное влияние на процессы проникновения и освоения человеком Арктики и Субарктики. К числу таких факторов в первую очередь следует отнести распространение покровных оледенений – Скандинавского на западе Евразии и Лаврентийского и Кордильерского в Северной Америке, ограничивавших пределы распространения человека и предопределявших неравномерность этих процессов.

Не менее значимым являлся фактор перестроек ландшафтно-климатических обстановок, о чем свидетельствует приуроченность волн активизации заселения к крупным этапам потепления. Вместе с тем сам процесс заселения в каждом из этих этапов потепления существенно различался по своему типу. В более ранний каргинско-брянский интервал (то есть в позднем палеолите) процесс инициального освоения носил четко выраженный дискретный характер. Для этого времени выявляются лишь две разделенные обширным пространством «трассы» проникновения человека, а именно – на северо-восток Европы проникновение происходило по долинам речных систем Камы и Печоры, а в Азии – по долинам системы Лены. То есть, на этом этапе тип процесса заселения можно рассматривать как узко линейный, чрезвычайно изолированный в пространстве. Напротив, на втором (позднеледниковом – голоценовом) этапе потепления, то есть в мезолите и неолите процесс освоения протекал по дисперсному типу, охватывая обширные территории. И лишь на этом, втором, этапе к процессу инициального освоения оказались как бы подключенными северные регионы Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин, разделенные сегментами линейного типа более раннего освоения первого этапа.

В качестве возможных причин дифференциации типов освоения на указанных этапах можно указать различия в уровнях хозяйственно-социальной организации, численности людей в позднем палеолите и в мезолите-неолите, в расширении на втором этапе ресурсной базы жизнеобеспечения и совершенствования механизма адаптации к окружающей среде.

Природная среда и первобытные сообщества палеолита и неолита в периоды первичного заселения северных территорий Восточно-Европейской равнины

Надо отметить, что северные территории Европейской России осваивались палеолитическим человеком неравномерно. Наиболее ранние проникновения на север фиксируются в Предуралье, в то же время бассейны Вычегды и Северной Двины в палеолите, по всей вероятности, не были заселены. Территории Верхней Камы и Верхней Печоры были, судя по всему, малоблагоприятны для продолжительного обитания первобытных сообществ, как и более западные территории. Это связано, скорее всего, с разнородностью общего характера литогенеза и формирования структур речных долин северных рек в средне- и позднеплейстоценовые ледниковые эпохи. Строение же разрезов лессово-почвенных формаций Средней Камы и морфология ее долин имеют много общего с бассейнами Оки и Десны, где сконцентрированы основные археологические памятники палеолита. Такое сходство природных ландшафтов и отсутствие ледников создавало достаточно благоприятные и привычные условия обитания человека и способствовало его проникновениям далеко на север именно в этом регионе.

В период стадиального похолодания в среднем дриасе наибольшей высоты (порядка 700 м) и, соответственно, мощности около 600 м ледниковый покров достигал примерно в 10 км к юго- западу от Хибин. Снижение поверхности ледника происходило в северном и северо – восточном направлениях. В отдельных языках оно варьировало примерно от 40 до 70 м на 10 км, что значительно меньше соответствующих показателей краевых областей ледниковых щитов Западной Гренландии и Восточной Антарктиды (около 200 м на 10 км). В этих же направлениях толщина льда неуклонно сокращалась, сообразуясь с рельефом ложа.

Во время стадиального похолодания в позднем дриасе максимальные отметки поверхности (порядка 470 м) и максимальная мощность ледника (около 400 м) имели место в том же районе, что и в среднем дриасе. Снижение поверхности льда в восточном направлении варьировало от примерно 30 до 45 м на 10 км, а в северо – восточном - составляло порядка 30 м на 10 км. В указанных направлениях сокращалась и толщина льда.

Наклоны поверхности ледника как в среднем, так и в позднем дриасе хорошо совпадают с направлениями перемещения обломочного материала ледниковыми потоками, установленными по разносу обломочного материала, ориентировке друмлинов, ледниковых шрамов и другим показателям.

Исследования поддержаны программой ОНЗ -13 «Эволюция криосферы в условиях меняющегося климата»

Высокоразрешающая стратиграфия океанских событий западной части СЛО и их корреляция с изменениями природной обстановки в пределах бореальной области Евразии в последние 130 тыс. лет
Лаврушин Ю.А. 

Геологический институт РАН
Имеющиеся материалы позволяют говорить о двух особенностях строения приповерхностных донных отложений западной части СЛО. Первая из них – это ритмичность осадков, обусловленная переслаиванием так называемых высокопродуктивных слоев, обогащенных остатками морских микроорганизмов, и слоев с незначительным содержанием фрагментов морской биоты. Вторая особенность – обогащение практически всей толщи осадков материалом ледового разноса, количество которого подвержено значительным изменениям.

Для высокопродуктивных слоев свойственно наличие среди планктонных фораминифер помимо полярных атлантических специй. В выделенных слоях второго типа содержится лишь незначительное количество планктонных полярных специй. Подобная ритмичность строения осадков отражает важное гидрологическое событие, происходившее неоднократно, обусловленное процессами адвекции поверхностных атлантических и полярных вод, соответственно первых – в высокоарктическую область, а вторых – в субарктические районы. Процессы адвекции обуславливают динамику палеотемпературного режима поверхностных вод; изменчивость морских течений, различия в составе морской биоты. Более того, с различным таксономическим рангом адвекционных атлантических событий была связана неодинаковая мощность приносимого в Арктику теплового потока, оказывавшего влияние на стабильность или деструкцию морского ледового покрова. Процессы адвекции способствовали изменениям в термохалинной океанской циркуляции, а также проявлениям палеоатмосферных событий – образованию и миграции фронтальных зон.

Анализ имеющихся данных показал, что материал ледового разноса в особенно значительном количестве приурочен к позднеледниковым этапам, отличающимся интенсивным айсбергообразованием. Последнее было связано как со специфичной гляциодинамикой деградационного этапа ледников, оканчивающихся в океанских и морских акваториях, так и с позднеледниковыми трансгрессиями. В неледниковые этапы появление в осадках материала ледового разноса было связано с его приносом льдинами морского ледового покрова.

По геохронологическим данным адвекционные океанские события обнаруживают корреляционные связи с термохронными, криохронными, стадиальными и интерстадиальными изменениями природной обстановки в бореальной области Евразии. Это дает основание думать, что некоторые из них имели причинно-следственную связь с изменчивостью морских течений. Установленный в бореале голоцена климатический оптимум, фиксируемый на Шпицбергене и в донных отложениях прилегающей акватории Атлантического океана, позволяет высказать мнение о том, что в это время была более интенсивной западно-шпицбергенская ветвь Гольфстрима. Интересно, что бореальный оптимум выявлен также на островах архипелага Северная Земля. Возможно, мощный поток атлантических вод вдоль континентального склона СЛО проникал в восточную часть Евразиатского шельфа.

В атлантическое время голоцена, видимо, существенно большей по мощности была нордкапская ветвь Гольфстрима, что обусловило возникновение климатического оптимума в Атлантике, особенно ярко выраженного в пределах Европейской части России и Западной Сибири.