«комплексные и междисциплинарные исследования полярных районов»

Вид материала

Тезисы

Содержание Разработка концепции современной динамики подводной мерзлоты и эмиссии метана на шельфе морей Восточной Арктики в контексте прош О.А. Анисимов, С.А. Лавров, И.И. Борзенкова. Криогенные и гидрологические процессы в бассейнах малых рек центрального Ямала Задачи геокриологии и Международное полярное десятилетие Тенденции развития термокарста в северной тайге Западной Сибири Моделирование геотермического поля в земной коре западнее Шпицбергена ГУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» Пространственно-временной аспект инициального освоения человеком

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.

Разработка концепции современной динамики подводной мерзлоты и эмиссии метана на шельфе морей Восточной Арктики в контексте прошлых и будущих изменений климата.


О.А. Анисимов, С.А. Лавров, И.И. Борзенкова.

Государственный гидрологический институт


В ряде недавних публикаций была выдвинута гипотеза об усилении транспорта в атмосферу высвобождающегося из шельфовых гидратов метана за счет увеличении газовой проницаемости многолетнемерзлых донных отложений и образования сквозных таликов, обусловленных современным потеплением. Иная точка зрения состоит в том, что наблюдаемая высокая концентрация растворенного метана в водах шельфа морей Восточной Арктики (МВА) и усиление его поступления в атмосферу в этом регионе связана с усилением биогенного метаногенеза в придонном слое осадков. В обоих случаях важно установить масштабы возможного влияния на климат.

Данные прямых измерений указывают, что современная эмиссия метана с шельфа МВА составляет около 7.9 Тг в год. При среднем времени жизни молекулы метана в атмосфере 12 лет такая эмиссия вызывает в перспективе рост атмосферного содержания примерно на 100 Тг или на 0.04 ppm. Обусловленное этим дополнительное радиационное воздействие увеличивает среднегодовую глобальную температуру приблизительно на 0.012 градуса С, т.е. несущественно. Важно понять, насколько эти цифры могут увеличиться в условиях глобального потепления.

При помощи физически полной динамической модели термического режима и солепереноса были проведены расчеты изменения фазового состояния и температуры придонного слоя осадков МВА за прошедшие 8 тысяч лет (включая период, предшествующий затоплению шельфа) и на последующие 1000 лет. Предполагалось, что в момент затопления среднегодовая температура шельфа увеличилась на 12 °С, с -13 °С, когда он был обнажен, до -1.5 °С (температура придонной воды) и оставалась постоянной до 1985 г. Далее до 2100 г. задавался рост температуры придонной воды со скоростью 0.09°C/год, равной наблюдаемому в период 1985-2009 тренду, после чего температура фиксировалась и расчет продолжался до 3000 года. Учитывалась также диффузия соли в донные осадки и ее отепляющий эффект, при этом соленость придонной воды задавалась равной 20.9 psu летом и 26.6 psu зимой, в соответствии с данными измерений.

Расчеты с такими установками показали, что за прошедшие после начала потепления 25 лет донные отложения могли оттаять не более чем на 1 м. от поверхности, что не подтверждает гипотезу об обусловленности высокой эмиссии метана образованием таликов в слое мерзлых донных осадков. В последующем к 2050, 2100 и 3000 году опускание границы мерзлых осадков при заданных условиях составит примерно 5м, 9 м и 48 м, соответственно. Если же убрать из расчетов современный температурный тренд и учесть лишь эффект потепления за счет затопления шельфа 8 тыс. лет назад, эти цифры составят 0.1, 0.2, и 2 м.

Полученные результаты не поддерживают гипотезу о возможной «климатической катастрофе» в связи с эмиссией метана из осадков шельфа МВА.

Криогенные и гидрологические процессы в бассейнах малых рек центрального Ямала


А.А. Губарьков

Тюменский государственный нефтегазовый университет


В геоморфологической, гидрологической и геокриологической литературе встречаются термины чёткообразная, чёточная или чётковидная формы, которые характеризуют плановые очертания русел, берегов, долин рек, озер, образующих в плане сопряженное чередование расширенных и зауженных участков. Также применяются термины «чёткообразные долины рек», «чёткообразный дренаж», «чётковидные русла».

На севере Западной Сибири чёткообразные русловые формы (ЧРФ) являются результатом взаимодействия комплекса гидрологических и криогенных процессов, ведущим из которых является термокарст, увеличивающий ширину и глубину русла в зависимости от мощности полигонально-жильных льдов (ПЖЛ). Расстояние между ЧРФ определяется размерами полигонов, по которым протекает река. Из криогенных процессов на Центральном Ямале наиболее широко распространены термоэрозия, термокарст, криогенное оползание, морозобойное растрескивание и жильное льдообразование. Известно, что достаточно часто эти процессы взаимосвязаны.

Чёткообразные русловые формы являются результатом взаимодействия комплекса гидрологических и криогенных процессов, ведущим из которых является термокарст. Криогенные и гидрологические процессы (термокарст, криогенное оползание, русловые процессы, термоэрозия, сток воды и наносов) исследованы в долине малой реки Панзананаяха на полигоне «Васькины Дачи» на Центральном Ямале. Река Панзананаяха репрезентативна для малых рек Ямала. Определено общее количество, длина, ширина и глубина чёткообразных русловых форм на всем протяжении реки, а также на отдельных участках русла для выявления роли термокарста в комплексах русловых и криогенных процессов и его соотношения с другими процессами. Также оценено влияние криогенного оползания и термоэрозии на склонах долины на термокарст в русле реки. Установлены факторы, определяющие параметры чёткообразных русловых форм в верхнем, среднем и нижнем течениях реки Панзананаяха.


Задачи геокриологии и Международное полярное десятилетие


Д.С. Дроздов, М.О. Лейбман

Институт криосферы Земли СО РАН


Разработка геокриологических моделей эволюции криолитозоны – приоритетное направление в рамках МПД. Серия картографических и аналитических моделей глобального, регионального, локального и элементарного уровня, учитывающие изменения климата и техногенез, должны обеспечить научные и политэкономические интересы России в Арктике и Антарктике, а также рациональное природопользование. Для этого требуется решение ряда взаимосвязанных задач.

Задача 1. Организовать систему (в том числе, расширить сеть) комплексных геокриологических и почвенных стационаров в Арктике и Антарктике, оснастить их метеостанциями или метеоплощадками с микроклиматическими наблюдениями.

• Сеть стационаров должна охватывать все природно-климатические зоны.
  
• На стационаре должны наблюдаться геокриологические, метеорологические, почвенные, геоботанические параметры на всех основных ландшафтах.
  
• Вновь создаваемые стационары целесообразно размещать вблизи метеостанций.
  
• Существующие стационары дооборудовать до полного комплекса наблюдений.
  

Задача 2. Организовать экспедиционные исследования, включающих буровые, геофизические, геодезические и съемочные работы.

• Получение новых фундаментальных знаний о криологии Земли – закономерностях условий формирования и преобразования в природных и техногенных геосистем.
  
• Пополнение данных о малоизученных территориях в криолитозоне.
  
• Обоснование выбора местоположения вновь организуемых стационаров.
  
• Расширения круга решаемых задач вблизи геокриологических стационаров и существующих метеостанций и верификация геокриологических моделей.
  

Задача 3. Изучить эволюцию криолитозоны в плейстоцене и голоцене как основу для характеристики эволюции климата и ландшафтов Арктики с одной стороны, и как модель для прогнозирования реакции мерзлоты на колебания климата с другой стороны.

• Изучить подземные льды разного генезиса и их взаимодействие с вмещающими породами как свидетельств палеогеографических изменений и событий.
  
• Изучить палеокриогенные признаки реакции криосферы на прошлые колебания климата как природную модель реакции мерзлоты на потепление климата.
  
• Создание экспериментальных физических моделей криогенных процессов и их последствий для описания трансформаций криолитозоны суши и шельфа
  

Задача 4. Изучить современную пространственно-временную изменчивость криолитозоны под действием широтно-зональных и региональных ландшафтно-климатических трендов и техногенеза

• Обобщить данные стационаров и экспедиционных исследований и сопутствующих работ (лабораторных, физического моделирования и пр.)
  
• Сформулировать начальные и граничные условия для моделирования.
  
• Получить материалы для калибровки численных моделей.
  
• Разработать картографические модели Арктической суши и акватории и концепцию численных геокриологических моделей, увязанных с климатическими.
  

Задача 5. Сформировать современный комплекс методов изучения криолитозоны, включающий дистанционные, полевые стационарные и маршрутные, геофизические, геохимические и изотопные, лабораторные, ландшафтно-индикационные, геосистемные и пр. методы исследования, базирующиеся на новых технологиях и аппаратурной базе.

Задача 6. Междисциплинарная координация.

• Включить в регламент метеонаблюдений измерение температуры воздуха и горных пород до глубины нулевых амплитуд на основных ландшафтах, прилегающих к метеостанциям.
  
• Кооперация со всеми направлениями науки: метеорологами, климатологами, гляциологами, геологами, почвоведами, гидрологами, океанологами и др.
  

Тенденции развития термокарста в северной тайге Западной Сибири


О.Е. Пономарева, А.Г. Гравис, Н.М. Бердников

Институт криосферы Земли РАН


Изучение термокарста на севере Западной Сибири было начато в 50 – гг. XX века. Первые исследователи этого процесса отмечали его широкое развитие, обусловленное наличием на торфяниках льдистых просадочных грунтов, местами включающих полигонально-жильные и инъекционные льды. Однако, уже в 70 гг., удалось установить, что все формы термокарста находились в стадии консервации, по крайней мере с 1942 г., поскольку климатические условия 40 - 70 гг. не способствовали развитию термокарста. Зато, было выявлено несколько эпох, обусловивших возникновение многочисленных термокарстовых форм в прошлом. Эти старые термокастовые формы называют реликтовыми и древними. Их активизация (или возникновение новых) термокарстовых форм в естественных условиях 40-70 гг. не происходила, но при нарушении растительного покрова пожарами или хозяйственной деятельностью отмечалось достаточно часто.

С 80-х годов XX века климат начал направленно изменяться в сторону смягчения и появилась необходимость изучить влияние потепления на развитие термокарста.

Изучение термокарта на Надымском стационаре в северной тайге было начато с 1980 г, а на отдельных участках с 1971 г. Мы присоединились к этим исследованиям с 2000 г. Исследования стационарных объектов повторным нивелированием показали, что в естественных условиях активизация (возникновение новых форм) термокарста до 2005 г. не происходило. Уничтожение растительного и частично торфяного покрова при линейном строительстве напротив, приводило к значительной до 1 м и более осадке поверхности торфяника.

После 2005 г., на фоне продолжающегося потепления, увеличения количества летних осадков, происходило увеличение мощности сезонноталого слоя (СТС), температуры многолетнемерзлых пород (ММП) почти до 0° С и частичная деградация лишайникового покрова на буграх пучения, что существенно нарушило процесс теплообмена. Эти причины привели к развитию тепловой осадки бугров и плоскобугристых торфяников, составившей с 2005 до 2010 г., в среднем 5 см. Образование новых термокарстовых понижений, при этом, не обнаружено, поскольку осадка происходит достаточно равномерно по площади и невелика. Малые значения осадки объясняются тем, что породы, находившихся до 80 – х гг.XX века в многолетнемерзлом состоянии, а теперь, слагающие низы СТС представлены преимущественно песками с массивной криогенной текстурой.

На одном из бугров пучения после 2005 г произошло расширение старой термокарстовой формы, однако увеличения ее глубины пока не отмечено.

Выполненные наблюдения свидетельствуют о том, что плоскобугристые торфяники и бугры пучения находятся в настоящее время в стадии неустойчивого равновесия, которое может быть нарушено при хозяйственном освоении. Можно предположить, что даже усиление суровости климата не сразу приведет к увеличению устойчивости этих экосистем, учитывая их инертность.

Работа выполнена при поддержке проекта TSP (Thermal State of Permafrost, National Science Foundation, NSF (ARC-0632400, ARC-0520578), проекта CALM (Circumpolar Active Layer Monitoring, грант NSF OPP-9732051 и 0PP-0225603), проекта LCLUC и гранта РФФИ №09-05-01068-а.


Моделирование геотермического поля в земной коре западнее Шпицбергена


В.Р. Ахмедзянов, М.Д. Хуторской, А.В. Ермаков

Геологический институт РАН


В рамках обширной научной программы Российской академии наук «Геологическая история и литосфера полярных районов» были предусмотрены геотермические исследования окраины Арктического шельфа, континентального склона и смежных акваторий Северной Атлантики. Выполнение геотермических исследований по этой программе началось в 2007 году с 25-го рейса НИС «Академик Николай Страхов», когда было установлено существование зон современной деструкции на краю Свальбардской плиты (Хуторской и др., 2009). Работы были продолжены в 26-м (2008 г.) и 27-м (2010 г.) рейсах, которые проходили в акваториях вокруг Шпицбергена, а также по системе профилей, простиравшихся от архипелага в сторону хребтов Книповича и Мона в Северной Атлантике.

В ходе экспедиционных работ в 26 и 27 рейсах были получены 41 новое измерение теплового потока, а также материалы сейсмического профилирования и многолучевого эхолотирования, которые использованы нами для построения геотермических моделей, в частности, для задания морфологии дна и строения верхней части осадочного чехла.

При моделировании вдоль геотермических профилей, кроме данных, полученных в ходе рейсов, использовались значения теплового потока из зарубежных публикаций. В основном это измерения (Crane et al., 1988) и (Eldholm et al., 1999). В результате синтеза данных были сформированы несколько профилей, вдоль которых были проведены расчеты глубинных температур.

На верхней границе области моделирования, совпадающей с поверхностью дна, задавались краевые условия первого рода, т.е. температуры, реально измеренные нами в ходе геотермических работ. На нижней границе области моделирования, которая нами была выбрана на глубине 20 км, мы задавали краевые условия второго рода, т.е. тепловой поток, измеренный в предыдущих исследованиях и в наших экспедициях. Редуцирование теплового потока за счет влияния радиогенной теплогенерации в донных осадках нами не применялось из-за незначительной величины этой теплогенерации.

Теплопроводность осадков определялась в полевых условиях in situ геотермическим зондом «Геос-М». Плотность осадков оценивалась в лабораторных условиях по образцам грунта, отобранным в 25-м рейсе. Для определения остальных параметров мы обращались к справочным данным (Петрофизика, 1992). Для акустического фундамента принималась теплофизические свойства и плотность базальта.

Результаты моделирования подтвердили высказанное выше предположение о высокой геодинамической активности литосферы Северной Атлантики западнее архипелага Шпицберген в районе хребта Книповича. На всех модельных профилях можно видеть, что изотерма солидуса мантийного вещества (~1200°С) находится на глубине около 15 км.

При удалении от оси хребта Книповича на восток, в сторону Шпицбергена, мощность термической литосферы резко увеличивается, и к подножью континентального склона составляет уже 45-50 км, что, тем не менее, свидетельствует об активности всего блока океанической коры.

Еще одним объектом численных расчетов явилось определение глубины изотермы Кюри, т.е. той температуры, при которой исчезают магнитные свойства у ферромагнетиков. По современным представлениям эта температура составляет 570 °С для титаномагнетита (Печерский и др., 2002). Под хребтом Книповича изотерма Кюри располагается на глубине 7-8 км, а на континентальном склоне Шпицбергена опускается до 15-20 км.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №11-05-00047) и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (проект №14.740.11.0194).

Реконструкция палеоклимата полярных областей Земли по данным изучения озёрных отложений и состояние базы палеоклиматических данных


Д.Ю. Большиянов, С.Р. Веркулич, Л.М. Саватюгин, Е.А. Морозова

ГУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт»


Исследования в этом направлении призваны увеличить короткий ряд инструментальных метеонаблюдений, который для большинства станций в Арктике не превышает 70 лет, а в Антарктике ещё короче. Начавшееся в ААНИИ в середине прошлого столетия изучение озёрных отложений именно в целях выявления климатов прошлого развилось в палеоклиматическое направление исследований, современный этап которого отмечен формированием доступной для всех на сайте ААНИИ базы данных по палеоклимату Российской Арктики и Антарктиды. Изучение коротких колонок донных озёрных отложений позволило удлинить палеоклиматические ряды до 1000 лет. Участие в международных проектах дало возможность использовать новые средства отбора и методики анализа осадков, что резко улучшило результат – палеоклиматические реконструкции. В настоящее время в базе данных собраны данные о 20 озёрах и результаты анализов их отложений, что позволяет проводить палеоклиматические реконструкции уже на территории почти всей российской Арктики.

Информация об изменениях климата в краевой зоне Антарктиды представлена на текущий момент в базе данных результатами и интерпретациями изучения донных осадков озер и мелководных морских заливов оазисов Бангера, Ширмахера, Эймери, районов Холмов Ларсеманн, островов Уиндмилл (Восточная Антарктида), островов у Антарктического полуострова (Западная Антарктида). Сравнение палеоклиматических флуктуаций в районах указывает на многочисленные различия в амплитудах и хронологии относительных потеплений и похолоданий в послеледниковое время. Это может быть обусловлено причинами методического характера и влиянием локальных и региональных географических факторов на палеоклиматические сигналы, сохраняющиеся в отложениях.

В целом, преобладающая часть проанализированных данных указывает на четыре основных палеоклиматических события, которые были близки по времени вдоль периметра Антарктиды: потепление с 11 до 8 тыс. л.н.; близкие к современным (относительно холодные) условия периода 8–4,5 тыс. л.н.; двухфазное заметное потепление 4,5 - 2 тыс. л.н.; резкое короткое похолодание около 2–1,5 тыс. л.н.

Эти данные, полученные к настоящему времени в Арктике и в Антарктиде свидетельствуют о следующем:

1 – наиболее ярко выраженное время климатического оптимума голоцена наступило в Арктике не одновременно, от 10000 до 4000 лет назад в разных районах;

2 – в береговой зоне Антарктиды климатический оптимум голоцена был выражен менее чётко и имел место в некоторых оазисах в интервале 4 – 2 тысячи лет назад;

3 – климатические колебания Арктики и Антарктиды в течение голоцена не были синхронными;

4 – наиболее тёплое время голоцена Землёй пройдено и в ближайшие тысячелетия следует ожидать похолодание климата;

5 – в масштабах десятилетий и столетий в полярных областях Земли в ближайшем будущем наиболее вероятно похолодание, следующее после потепления XX века, и эти колебания климата являются естественными;

6 – климатические колебания в Антарктиде, выявленные по изученным озёрным осадкам отличаются по амплитуде и времени наступления от колебаний, выявленных по ледяным кернам;

7 – колебания климата последнего тысячелетия по ледяным кернам и озёрным осадкам также слабо сопоставляются и в Арктике.


Пространственно-временной аспект инициального освоения человеком

Полярных широт Северного полушария


А. А. Величко

Институт географии РАН


Одним из результатов работ международного коллектива исследователей, участвующих в создании атласа-монографии «Инициальное освоение Арктики и Субарктики Северного полушария», явилось установление общего хода освоения человеком циркумполярной области Северного полушария.

Наиболее ранние свидетельства проникновения человека на север связаны с северо-востоком Европы (бассейн Камы, стоянка Гарчи I) и относятся к переходному интервалу от последнего (микулинского) межледниковья к началу ранневалдайской ледниковой эпохи.

В фазу потепления (35 – 28 тыс. лет назад) средневалдайского мегаинтервала человек продвигался не только далее на север Восточной Европы (бассейн реки Печоры, стоянка Бызовая), но и появился на северо-востоке Сибири (стоянка Янская).

Обращает внимание, что к этому же временному интервалу (около 33 тыс. лет назад) относятся признаки проникновения человека в Западное полушарие (стоянка Блюфиш на р. Юкон); сюда же, вероятно, относятся находки орудий на р. Боу, р-н Калгари. Эти данные не исключают вероятности существования раннего варианта (средневалдайского, каргинского, средневисконсинского) Берингийского моста.

В криоаридную эпоху последнего (поздневалдайского, сартанского) оледенения активность освоения новых территорий замедляется, и ареалами обитания человека остаются Западное Приуралье и Восток Сибири (бассейн р. Лены).

Новая волна расселения по полярной ойкумене приходится на теплые фазы позднеледниковья и на начало голоцена. К этой волне приурочен этап существования широко известного Берингийского моста, трассирующего миграции человека конца палеолита – мезолита из Чукотки на Аляску, т.е. время начала устойчивого освоения человеком Севера Западного Полушария. Сокращение Кордильерского и Лаврентийского ледниковых покровов открывало пространства, т.н. коридор для миграции человека как в южном так и в северном направлениях.

Наконец, заключительный этап первичного освоения человеком полярной ойкумены связан с высокой Арктикой севера Канады и Гренландии. Основная фаза этого этапа приходится на 5 – 4 тыс. лет назад, когда в условиях конца незначительного потепления первой половины голоцена, при сохранении весьма суровых условий, проявляя чрезвычайно высокую степень адаптации к таким условиям, палеоэскимосы (культура Пре-Дорсет) в течение короткого интервала распространяются на островах Канадского Архипелага и проникают в Гренландию вплоть до её северных районов (Земля Пири, культура Индепенденс I), а также устойчиво поселяются на прибрежных юго-западных территориях (культура Сакак).