«комплексные и междисциплинарные исследования полярных районов»

Вид материала

Тезисы

Содержание Предварительные результаты исследования ледяного керна скважины 5Г-2 Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический Университет) Характеристика слоистости ледникового покрова в районе озера Восток (Восточная Антарктида) по радиолокационным данным. Полярная морская геологоразведочная экспедиция Оценка мощности снежно-фирновой толщи и эффективной плотности ледника над озером Восток (Восточная Антарктида) по геофизическим В.Н. Голубев Строение и гидротермическая структура  ледников Шпицбергена Особенности миграции водяного пара в снежно-фирновой толще Динамика восстановления ледника Колка после катастрофы 2002 года

Подобный материал:

• Тезисы докладов будут размещены на сайте конференции, 22.56kb.
• Э н. профессор Третьяк О. А. Программа, 24.72kb.
• С. В. Козенков Член оргкомитета, 162.66kb.
• Тезисы докладов научной конференции «математические модели сложных систем и междисциплинарные, 669.46kb.
• Мультипрайм исследования Candida, 33.71kb.
• Основой маркетинга являются комплексные маркетинговые исследования, 243.67kb.
• 22 сентября лекция «Туризм и спортивный туризм», 35.71kb.
• Отчет 211 с., 2 ч., 338 источников. Ключевые слова: философское антиковедение, междисциплинарные, 4947.02kb.
• Феномен ядерной энергии: духовно-гуманитарно-прагматичный взгляд, 151.11kb.
• I научная конференция, 34.22kb.

Предварительные результаты исследования ледяного керна скважины 5Г-2

до глубины 3720 м и перспективы проникновения в подледниковое озеро Восток в сезонный период 57 РАЭ (2011/12 г.)


В.Я. Липенков¹, А.А. Екайкин¹, E.В. Полякова¹, А.А. Проказов¹,

Ю.А. Шибаев¹, А.В. Преображенская¹, Н.И. Васильев<sup>2


1</sup>ГУ «Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт»

² Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический Университет)


В сезонный период 56 РАЭ на станции Восток было продолжено керновое бурение нового ствола глубокой скважины 5Г-2. К моменту завершения сезонных работ в феврале 2011 г. скважина достигла глубины 3720 м (3720,47 м). Расстояние между забоем скважины и контактом ледника с подледниковым озером Восток оценивается в 57±11 м.

В ходе буровых работ на поверхность ледника было поднято более 70 м керна конжеляционного (озерного) льда, образовавшегося из воды подледникового озера. Нижние 54 метра колонки нового керна представляют ранее не изученную толщу озерного льда 2, залегающую глубже горизонта 3666,54 м, на котором было остановлено бурение старого ствола скважины 5Г-1.

Непрерывные петроструктурные исследования керна позволили получить распределение по глубине важнейших количественных характеристик структуры озерного льда вплоть до горизонта 3720 м. Установлено, что в интервалах глубин 3600-3623 м (зона отклонения нового ствола скважины 5Г-2) и 3639-3658 м (соответствует большой каверне в скважине 5Г-1, образовавшейся в ходе ликвидации буровых аварий) структура керна скважины 5Г-2 существенно отличается от структуры льда на этих же глубинах в скважине 5Г-1. Лед, слагающий керн скважины 5Г-2, характеризуется меньшим размером и полосчатым погасанием ледяных кристаллов, свидетельствующим об их полигонизации и разделении на части в процессе пластической деформации льда в пристеночной области аварийной скважины 5Г-1, испытавшей значительное сжатие в результате неполной компенсации давления льда заливочной жидкостью в 2007 г. Выравнивание количественных характеристик структуры льда в кернах обеих скважин наблюдается глубже 3660 м.

В пределах 54-метровой толщи озерного льда, впервые вскрытой скважиной 5Г-2 (3666-3720 м), наблюдается дальнейшее увеличение размера кристаллов и развитие закономерной ориентировки их с-осей с глубиной, по мере уменьшения возраста льда и приближения к контакту ледника с подледниковым озером. Полученные данные свидетельствуют о том, что на нижней поверхности антарктического ледника в районе станции Восток формируются структуры роста конжеляционного льда подобные тем, которые наблюдаются в ледовых покровах поверхностных озер.

В ходе микроскопических исследований ледяных шлифов были впервые обнаружены газовые гидраты в озерном льду 1. Их образование связано с захватом образующимся конжеляционным льдом включений воды озера Восток, последующим дозамерзанием жидких включений (водных карманов) и концентрацией в их центре газовых и других примесей, содержащихся в озерной воде. Присутствие недиссоциированных газовых гидратов в озерном льду является признаком высокой концентрации газов в озерной воде.

Результаты исследований ледяного керна скважины 5Г-2 обсуждаются в контексте технологических проблем, связанных с завершением бурения скважины и планируемым проникновением в подледниковое озеро Восток в сезонный период 57 РАЭ.

Характеристика слоистости ледникового покрова в районе озера Восток (Восточная Антарктида) по радиолокационным данным.


П.И. Лунёв, С.В. Попов

Полярная морская геологоразведочная экспедиция


Для всего ледникового покрова Антарктиды (за исключением районов шельфовых ледников) характерно ярко выраженное слоистое строение. Эта особенность отличает его от всех других ледников нашей планеты (за исключением гренландского).Стратификация льда обусловлена изменениями физических свойств ледника, вызванных, в свою очередь, климатическими изменениями и геологическими процессами, которые влияют на химический состав льда и его структуру (например, извержения вулканов), что, в конечном итоге, оказывает влияние и на его эффективный коэффициент диэлектрической проницаемости. Эти явления приводят к образованию неоднородностей, которые являются центрами формирования отраженных электромагнитных волн. Благодаря этому, расслоенность ледникового покрова выявляется на радиолокационных профилях, на которых в градациях серого (в зависимости от интенсивности отраженного сигнала) представляются трассы зондирования, изображенные вертикально.

Изучение слоистой структуры ледникового покровапозволяет оценить удельную аккумуляцию снежных осадков по площади, охарактеризовать дизъюнктивные и пликативные дислокации в леднике, а также особенности его динамики. Согласно многочисленным работам, посвященнымэтим вопросам, выявляемые по радиолокационным данным границы, могут рассматриваться в качестве изохронных отражающих горизонтов. Использование при анализе данных по бурению позволяет выполнить датировку наиболее выдержанных из них, что делает возможным определение возраста льда в отдаленных от мест проведения бурения областях.

В районе подледникового озера Восток регулярные радиолокационные исследования выполняются Полярной морской геологоразведочной экспедицией в сотрудничестве с Российской антарктической экспедицией с 1995 г.По завершении этапа картирования (2008 г.), на основе отечественных радиолокационных материалов,был выполнен общий анализ строения ледникового покроваи моделирование динамики его движения. Однако, в силу того, что эти исследования были сосредоточены преимущественно на определении конфигурации береговой линии озера Восток, расположенные на удалении от нее районы (акватория озера, горы Комсомольские, равнина Шмидта), остались недостаточно охарактеризованы. Полученные в результате сотрудничествас американскими коллегами в рамках Международного полярного года первичные радиолокационные данные комплексной аэрогеофизической съёмки сезона 2000/01 гг., позволили повысить точность корреляции на менее изученных участках. В результате совместного анализа материалов российских и зарубежных радиолокационных исследований, в ледниковом покрове выделено и прослежено10 отражающих горизонтов, хорошо коррелирующих по площади.Из них три границы совпадают с зафиксированными по данным сейсмологических исследований, выполненных в этом районе в сезон 2002/03 гг.Таким образом, на основе анализа расслоенности по радиолокационным данным были охарактеризованы особенности строения и сформирована новая стратиграфическая модель ледникового покрова в районе озера Восток.

Работа выполнялась при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант РФФИ № 10-05-91330-ННИО_а), а также в рамках проекта 2 подпрограммы "Антарктика" ФЦП "Мировой океан".

Оценка мощности снежно-фирновой толщи и эффективной плотности ледника над озером Восток (Восточная Антарктида) по геофизическим данным


С.В. Попов¹, А.А. Екайкин², П.И. Лунёв<sup>1

1</sup>Полярная морская геологоразведочная экспедиция

²ГУ «Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт»


В течение 13 полевых сезонов (1995–2008 гг.) Полярной морской геологоразведочной экспедицией в тесном сотрудничестве с Российской антарктической экспедицией, в рамках национальной программы поэтапного изучения района подледникового озера Восток осуществлялись геофизические исследования этого природного феномена. Исследования выполнялись сейсмическими (МОВ) и радиолокационными методами. Работы были направлены, прежде всего, на определение мощности ледника, топографии подлёдного рельефа и дна озера, а также его глубин и береговой линии. Всего в ходе работ проведено 318 сейсмических зондирований МОВ и 5190 пог. км радиолокационных маршрутов. При этом сейсмические исследования проводились совместно с радиолокационными преимущественно в пределах акватории озера. Отмечалось, что при измерениях мощности ледника обеими методами наблюдается значимое расхождение (т.е. такое, которое лежит за пределами точности измерений). Если отбросить предположение об ошибках измерения, то данное обстоятельство может быть связано исключительно с изменением свойств ледника, влияющее на характер распространения акустических и электромагнитных волн. Таковым, в частности, является изменение соотношения мощности снежно-фирновой толщи и льда над акваторией озера Восток.

За редким исключением, любой ледник условно состоит из двух частей: ледяной и снежно-фирновой толщ. В этих средах скорости распространения электромагнитных и акустических волн различны, но самое важное, что различны соотношения скоростей этих типов волн. Именно это обстоятельство и позволяет на основе сравнения результатов измерений, выполненных обоими методами, определить мощность снежно-фирновой толщи в леднике.

В рамках настоящей работы выполнена оценка эффективной плотности ледника над акваторией озера Восток. Расчёты основаны на анализе соотношения между высотой дневной поверхности и мощности ледника с последующим применением закона гидростатики. Анализ этой зависимости показывает, что имеется значимый линейный тренд между указанными параметрами. Небольшая доля точек, отклоняющихся от него, соответствует областям, близким к береговой линии, и, следовательно, может быть исключена из рассмотрения по причине влияния иных сил. Наличие ярко выраженного тренда свидетельствует о том, что ледник над озером, в целом, находится в состоянии равновесия. Полученные результаты позволяют определить эффективную плотность ледника над озером Восток, схема которой приводится в докладе.

Работа выполнена в рамках проекта 2 подпрограммы "Антарктика" ФЦП "Мировой океан", а также при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант РФФИ № 10-05-91330-ННИО_а).

Альтернативные представления о формировании и метаморфизме льда в нижней части ледяной толщи на станции Восток


В.Н. Голубев

Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова.


Сведения о строении и составе льда в керне станции Восток служат источником ценной палеоклиматической информации, но и вызывают множество вопросов. До глубины 3310 м закономерные вариации изотопного состава, размера кристаллов и содержания газовых и минеральных примесей позволили выделить 4 цикла продолжительностью около 100 тысяч лет. В нижележащей толще льда эти закономерности не прослеживаются, тогда как в ледяном керне на станции «Конкордия» такая цикличность сохраняется практически до ложа и дополнительно выявлено четыре 100-тысячелетних цикла. Отсутствие четкой осадочной слоистости послужило основанием характеризовать нижнюю часть разреза, как «лишенную палеоклиматического сигнала», а для объяснения такого явления привлекается гипотеза интенсивного деформирования нижней 400-метровой толщи ледникового льда при затекании его в горную долину, наиболее глубокие участки которой согласно геофизическим исследованиям заняты водой озера Восток. Косвенным указанием на существование жидкой воды под толщей ледника служит вскрытие на глубине 3538 м (3609 м) слоя конжеляционного льда, толщина которого в районе скважины превышает 200 м.

При климатических изменениях, происходивших за время вхождения и нахождения Антарктиды в околополюсном положении, озеро периодически покрывалось ледяным покровом и становилось невскрывающимся, а на поверхности ледяного покрова накапливалась фирново-ледяная толща за счет твердых осадков, схода лавин и наползания горных ледников с обрамляющего среднегорья. Согласно модели И.А.Зотикова и Н.С.Даксберри при определенных допущениях относительно изменения среднегодовых значений осадков и температуры и при величине геотермического потока более 20 мВт/м² толщина ледяной толщи над озером за 3000-10000 лет достигала 600 м при толщине слоя озерного (конжеляционного) льда в несколько десятков метров. Т. е. озеро не промерзало до дна, а генезис воды в озере не обязательно связан с донным таянием ледникового щита Восточной Антарктиды. На глубине более 3610 м скорее всего встречен именно такой лед, сложенный крупными кристаллами и характеризующийся низким содержанием минеральных и газовых включений и отличающийся по изотопному составу от вышележащего льда. Современная толщина конжеляционного льда на южной оконечности озера превышает 200 м, т.е. во время формирования ледяного покрова размеры озера на 5-10% превышали современные определяемые радиолокацией (длина 230 км, ширина 50 км).

Вышележащая толща льда до 3455 м может соответствовать инфильтрационно-конжеляционному льду, формировавшемуся на ледяном покрове невскрывающегося озера при сезонных вариациях температуры и в периоды длительных климатических изменений ( в предельном варианте 10-20 млн. лет назад). Перекрывающая 100-метровая толща льда, характеризуемая как «не несущая палеосигнала», формировалась в более поздний период времени, когда климатические условия над окружающими озеро ледниками мало отличались от современных, а условия льдообразования отвечали понятию сухая рекристаллизация. Суммарная толщина льда над поверхностью озера могла быть лишь на 50-100 м ниже вершин, окружающего озеро среднегорья. Последующее распространение над озером мощных ледников с горных массивов Восточной Антарктиды могло вести к формированию зоны смятия и сдвига, зафиксированной на глубине 3310-3360 м.

По-видимому, при потеплении около 400 тысяч лет назад в районе озера Восток сохранились лишь небольшие горные ледники. При последующем глубоком похолодании развитие ледяного покрова озера шло за счет нарастания льда снизу и накопления снежно-фирновой толщи сверху. Именно этим (значительная аккумуляция, теплая фирновая зона и пр.) и объясняется «иной» характер изменения размеров кристаллов, количества минеральных включений и изотопного состава льда. Терминации последующих 100-тысячелетних периодов были, по крайней мере, менее теплыми и продолжительными, вследствие чего ледник над озером сохранялся, а продвижение формирующегося ледникового купола перекрыло ледник «Восток», движение которого скорее всего происходило в направлении, определяемом морфологией долины, ином чем современной поверхности ледникового щита.


Строение и гидротермическая структура  ледников Шпицбергена

на Земле Норденшельда по данным радиозондирования


И.И. Лаврентьев, Ю.Я. Мачерет, А.Ф. Глазовский

Институт географии РАН


Представлены результаты наземных радиолокационных исследований, выполненных в 2010-2011 гг. на ледниках Альдегонда, Тавле, Гренфиорд Западный, Гренфиорд Восточный, Тунге, Гледичфонна и на пульсирующем леднике Фритьоф. На леднике Тавле и измерения выполнены на частотах 20, 100 и 200 МГц, на леднике Гренфиорд Западный – на частотах 20 и 100 МГц, на остальных ледниках – на частоте 20 МГц.

На ледниках Гренфиорд Западный, Гренфиорд Восточный и Тунге на частоте 20 МГц и на леднике Гренфиорд Западный на частоте 100 МГц, помимо отражений от ложа, получены отражения из их придонного слоя в виде множества гипербол, которые отсутствуют в их верхнем слое. Эти отражения интерпретированы как отражения от включений воды в теплом льду разных размеров и концентрации, а внутренняя отражающая граница (ВОГ) между этими слоями - как индикатор политермической структуры этих ледников, состоящих из верхнего слоя холодного льда и нижнего слоя теплого водосодержащего льда.

Сравнение с данными предыдущих радиолокационных исследований 1974-2007 гг. показало, что на ледниках Тавле, Гренфиорд Восточный и Фритьоф характер радиолокационных отражений изменяется во времени и зависит от частоты зондирования. Это проявляется в наличии или отсутствии на радарных записях отражений от ВОГ и в картине рассеяния в слое теплого льда и может свидетельствовать о сравнительно быстрой эволюции гидротермической структуры ледников. Данные повторных измерений на разных частотах могут быть также полезными для оценки размеров и концентрации водных включений в теплом льду политермических ледников и для лучшего понимания механизма ледниковых подвижек.

По данным радиозондирования, топографическим картам и космическим снимкам определены площадь и объемы холодного и теплого льда в этих ледниках и их изменения за последние 75 лет. Эти данные будут использованы для уточнения запасов льда в ледниках Шпицбергена и оценки их вклада в повышение уровня моря при потеплении климата.

Особенности миграции водяного пара в снежно-фирновой толще


В.Н. Голубев,

Географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова.


Преобразование (метаморфизация) отложенных снежинок в мелко-, средне- и крупнозернистый снег, сложенный ограненными зернами, связано с сублимацией льда, миграцией молекул водяного пара и их конденсацией на поверхности тех же или других зерен. Этот многоступенчатый процесс обычно рассматривается в связи с возникновением в поровом пространстве снежного покрова градиента концентрации водяного пара, обусловленного наличием градиента температуры. В условиях квазиизотермии развитие такого процесса связано с различием поверхностной энергией габитусных граней кристаллов льда (от 0,119 Дж/м² для базисной грани до 0,163 Дж/м² для пирамидальной грани [Голубев, 1976]). Соответственно равновесная концентрация молекул водяного пара над каждой из граней отличается от среднего значения, определяемого уравнением Клапейрона-Клаузиса. На границах граней и на контактах зёрен возникают высокие локальные градиенты, что вместе с общим градиентом концентрации водяного пара предполагает относительно быстрое преобразование структуры снега.

Зависимость величины эффективного коэффициента массопереноса в термоградиентных условиях от строения и плотности снега проанализирована с использованием модели регулярной упаковки зёрен (МРУЗ) и представлений о макро – и микродиффузии. Наиболее высокие значения коэффициента массопереноса свойственны снегу с плотностью 300-400 кг/м³. Лабораторные исследования сублимации снега и льда показали постепенное снижение интенсивности сублимации во времени. Причиной этому может служить понижение содержания водяного пара над ледяными кристаллами вследствие накопления на их поверхности молекул, содержащих тяжелые изотопы кислорода и водорода, наряду с накоплением растворенных и механических частиц. Интенсивность массопереноса и, соответственно, изменения изотопного состава в разрезе снежно-фирновой толщи оказываются нелинейными даже в случае линейного возрастания температуры в разрезе.

Исследования проведены при финансовой поддержке РФФИ (грант 09-05-00200-а)


Динамика восстановления ледника Колка после катастрофы 2002 года


Л.В. Десинов

Институт географии РАН

20 сентября 2002 г. в горах Северной Осетии случилась феноменальная катастрофа: ледник Колка массой 137 млн. тонн (согласно тахеометрической съемке в масштабе 1:5000, выполненной В.Н.Дробышевым) был вытеснен из ложа со скоростью более 100 км/час. Катастрофа произошла в результате пульсирующей природы ледника Колка и наложения целого ряда природных факторов: климатических, тектонических, сейсмических и других. Решающим фактором подвижки по катастрофическому сценарию стал вулканогенный фактор: с начала лета происходила активизация приповерхностного магматического очага вулкана Казбек, на северном склоне которого и расположен ледник Колка. В этом очаге температура магмы достигла 1000°С. Основной движущей силой катастрофы стал процесс дегазации из жидкости («эффект шампанского»). Ледник был раздроблен на многие миллионы частей взрывом газов и вытеснен огромной силой из ложа.

Наземный, воздушный и космический миниторинг процесса восстановления ледника с участием гляциологов Института географии РАН выполняется периодически с третьей декады сентября 2002 г. по настоящее время и будет продолжен в дальнейшем.

К лету 2011 г. в тыловой области ледника накопилось около 20 млн. тонн льда, снега и горных пород. Процесс аккумуляции доминирует над расходом массы.

Исследования выявили важные особенности. Активная фумарольная деятельность продолжалась несколько месяцев, и даже спустя 12 месяцев после катастрофы в опустевшей тыловой части ледника ощущался запах сероводорода и продолжались обвалы горных пород. В слабой форме обвалы отмечаются даже спустя 9 лет на ограниченном участке склона восточного плеча горы Джимарай-Хох, расположенном точно на линии его пересечения крупным разломом субмеридионального простирания. Причину следует искать в слабовыраженном выходе газов эндогенной природы на этом участке склона, сейсмических колебаниях и максимальном для Кавказа ВДЗК – вертикальном движении земной коры, достигающем здесь 0,9 мм/год (уже в 2-4 км этот показатель снижается до 0,4 мм/год).

До катастрофы длина ледника была 2600 м. Сегодня процесс восстановления происходит на верхнем участке протяженностью около 700 м, а в средней и нижней областях отмечается разрушение оставшихся порций мертвого льда бронированного моренным чехлом, толщина которого увеличивается. Потеря льда в висячих ледниках постепенно компенсируется. Особенно быстро нарастает масса главного истока. Здесь уже нивилирован обрыв и образовано тело крутого висячего ледника.

Первые порции льда поступили в тыловую область в результате соскальзывания правого бокового притока – ледника, возрожденного от падения вещества с ледника, свисающего с казбекского плато и отмеченного К.П.Рототаевым №4. Совместно с математиками ИПМех РАН выполнена с использованием данных измерений В.Н.Дробышева оценка объема льда, попавшего на ложе ледника Колка. В стартовой позиции, когда весь лед еще находился на террасе правого борта его объем составлял около 1,9 млн.куб. м. В 2003 г. он соскользнул только по крутому склону, образовал характерную «лапу» и потерял в результате абляции 0,08 млн.куб.м. До конца 2004 г. фронт этого притока оставался на месте и наблюдалась интенсивная подача вещества с террасы. Общая потеря льда составила 0,04 млн.куб.м. Началось интенсивное бронирование притока моренным материалом.

К концу 2007 г. наступающий приток почти перекрыл ложе ледника Колка и остановился. К этому времени его объем оценен в 1,65 млн.куб.м, а к концу 2010 г. – 1,50 млн.куб.м. Теперь это омертвевшее тело, на которое из-под склона надвигаются 2 наложенных потока льда, пока еще яркого белого цвета. Очевидно, что эти потоки не достигнут фронтальной позиции притока и будут заторможены, а сверху начнут надвигаться новые порции льда.

О таком сценарии говорят реальные события достижения днища ледника Колка боковым притоком №5. Дело в том, что возрождение этого ледника происходило не на подошву склона правого борта, а в глубокую чашу, расположенную на самом склоне. С 28 августа по 5 сентября 2002 г. краснодарские туристы (О.Неподоба, Д.Солодкий и др.) фотографировали процесс распада этого тела вплоть до полного обнажения чаши.

К концу 2005 г. падение льда и горных пород сверху вновь заполнило чашу, и к концу 2006 г. новообразованное тело начало скольжение в тыловую часть ледника Колка, создав вторую порцию для его возрождения . К концу 2010 г. фронт потока №5 также достиг нижней части ската левой береговой морены и расположился рядом и чуть выше фронта ледника №4. Падение вещества с Казбекского плато здесь столь интенсивно, что на поверхности ледника №5 располагаются еще четыре наложенных тела, причем ширина их фронтов и площадь каждого заметно превышает «первоисточник». Позднее математическое моделирование выявит объемы каждой годовой подпитки на притоке №5. Предварительно вклад этого притока в возрождение Колки оценивается в 3 млн.куб.м.

А главным источником возрождения ледника Колка являются обвалы льда и горных пород непосредственно с горы Джимарай-Хох. Этот процесс начался сразу в сентябре 2002 г. Поверхность ледника непосредственно под стеной горы ежегодно повышается более, чем на 10 м.

В 2011 году вся масса вещества в тыловой области приобрела облик ледникового тела. Съемка с МКС, запланированная на сентябрь – октябрь 2011 г., и полевые исследования дадут информацию о результате процесса восстановления ледника Колка за 9 лет.

.