Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Эволюция оледенения Полярного Урала за последнее тысячелетие

ВАК РФ 25.00.31, Гляциология и криология земли

Автореферат диссертации по теме "Эволюция оледенения Полярного Урала за последнее тысячелетие"

/'Ц -¡г» I!

Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова Географический факультет

На правах рукописи

Иванов Михаил Николаевич

ЭВОЛЮЦИЯ ОЛЕДЕНЕНИЯ ПОЛЯРНОГО УРАЛА ЗА ПОСЛЕДНЕЕ ТЫСЯЧЕЛЕТИЕ

25.00.31 - гляциология и криология Земли

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

3 2012

Москва 2012

005018851

005018851

Работа выполнена на кафедре криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова

Научный руководитель:

кандидат географических наук, доцент кафедры криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ

Официальные оппоненты:

доктор географических: наук, профессор старший научный сотрудник ВИНИТИ

доктор географических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУ ААНИИ

Ведущая организация - ОАО Производственный научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИЙИС)

Защита состоится « 17 » мая 2012 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета по геоморфологии и эволюционной географии, гляциологии и криологии Земли, картографии, геоинформатике (Д-501.001.61) в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, МГУ, Географический факультет, 21 этаж, ауд, 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже. ,

Автореферат разослан 16 апреля 2012 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 119991, Москва, ГСП-1 Ленинские горы, д.1, МГУ, Географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета Д 501.001.61.

E-mail: science@geogr.msu.ru. Факс: (495) 932-88-36

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук

Н.А. Володичева

К.С. Лосев Д.Ю. Болышшюв

А.Л. Шныпарков

РЕШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Оледенение Земли является неотъемлемой частью криосферы и в процессе эволюционных изменений оказывает существенное влияние на природные процессы и климатическую систему. Наиболее заметно изменения климата проявляются в приполярных областях, что вызывает повышенный интерес в научных и общественных кругах. Многочисленные международные конференции и научные журналы уделяют всё большее внимание исследованиям по проблеме изменений окружающей среды и климата в последнем тысячелетии, которые оказали большое влияние на развитие нашей цивилизации. Актуальность исследований связана с поиском ответа на вопрос -насколько современные изменения климата и оледенение Земли уникальны для исторического времени, учитывая, что последние столетия были наиболее холодным периодом после оптимума голоцена (Groove, 2004).

Исследование эволюции оледенения остается важнейшей задачей гляциологии (IPCC, 2007; Доклад ВМО, 2009). Имеющиеся на ледниках прямые наблюдения ограничены первыми десятками лет. На основе данных, получаемых косвенными методами, можно продлить измеренные ряды и построить длиннорядные реконструкции баланса массы годичного разрешения, особенно для последнего тысячелетия. За этот период на основе современных технологий и методов можно получить сведения о климате прошлого и построить прогнозы будущих изменений на основе палеоаналогов.

Полярный Урал является единственным в Российской Субарктике районом комплексного мониторинга наземного горного оледенения и в целом природной среды. Ледники Полярного Урала являются важными объектами наблюдений за эволюцией оледенения Северной полярной области и индикаторами региональных изменений климата и снежности. Они расположены ниже снеговой линии и быстро реагируют на изменения климата. Исследования ледников важны для решения теоретических вопросов гляциологии, климатологии, палеогеографии и хозяйственного освоения Урала.

Для Полярного Урала получено наибольшее количество информации об оледенении северных горных систем России. Однако информация, собранная после 1964 г. оставалась до сих пор не систематизированной (Оледенение Урала, 1966; Каталог ледников Урала, 1966). В диссертационной работе содержится анализ и обобщение собранных ранее данных, автором проведены полевые исследования и получены новые сведения о состоянии ледников, что расширило представления в целом об эволюции оледенения Полярного Урала.

Цель работы - реконструкция эволюции оледенения Полярного Урала в последнем тысячелетии для прогноза будущих изменений.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

• анализ и обработка литературных и фондовых материалов об оледенении Полярного Урала; обобщение результатов гляциологических исследований региона;

• выявление ведущих факторов, определяющих существование оледенения и его изменения;

• определение морфометрических параметров ледников на максимальное количество временных срезов и изменений высоты поверхности ледников;

• проведение полевых исследований для пополнения базы данных о современном оледенении; анализ морфологических, балансовых и режимных характеристик ледников;

• датирование морен опорных ледников на основе полевых гляциологических работ и лихенометрических измерений;

• реконструкция баланса массы ледников Полярного Урала за 1000 лет.

Методы исследований, примененные в работе: гляциологические для измерения и реконструкции баланса-массы и колебаний ледников; гляциогеоморфологический; лихенометрический, дешифрирование аэрофотоснимков (АФС) и космических изображений; картографический (анализ существующих карт и построение карт-схем). Проанализированы данные, полученные на основе дендрохронологического, палеолимнологического, спорово-пыльцевого методов и радиоизотопного датирования (по 14С и ЮВе). Для обработки рядов наблюдений применены методы математической статистики.

Материалы, использованные в работе

Основные сведения о ледниках Полярного Урала получены в результате наблюдений, выполненных гляциологами Института географии РАН. В работе использованы литературные и фондовые материалы, данные ледниках, полученные Л.Д. Долгушиным; сведения из Каталога ледников Урала (1966), составленного Л.С. Троицким; ряды масс-балансовых наблюдений, проводившихся в основном A.C. Гуськовым и В.Г. Ходаковым на ледниках Обручева и ИГАН и МГУ в 1957/58-1980/81 гг.; данные метеорологических наблюдений, полученные под руководством А.П. Волошиной; топографические планы наземных стереофотограмметрических съемок ледников, проводившихся под руководством Д.Г. Цветкова в 1963 г. на ледниках ИГАН, Обручева, МГУ в масштабе 1:5000 и 1:10000 для ледников ИГАН, Обручева, МГУ, Анучина, Чернова в 1958-1981 гг.; опубликованные сведения о колебаниях ледников; данные топографической съемки ледников Обручева и ИГАН, DGPS приемниками проведенной Г.А. Носенко и А.Я.Муравьевым в 2008 г.

В работе использованы аэрофотоснимки, топографические карты 1:100000 масштаба; космические снимки, измерения лишайников на моренах ледников, выполненные Ю.Л. Мартином в 1966, 1977 гг. и О.Н. Соломиной - в 1999 и 2010 гг.; древесно-кольцевые хронологии. Для анализа климатических и гляциологических изменений использованы метеорологические данные.

Личный вклад автора

Автор участвовал в экспедициях отдела гляциологии ИГ РАН на Полярном Урале в 2007 и 2009 гг. В 2010 г. организовал экспедицию и провел гляциологические наблюдения на 33 ледниках, наземные обследования района оледенения (около 300 км пеших и 150 км лыжных маршрутов); выполнил GPS-съемку концов ледников, гляциогеоморфологическую и лихенометрическую съемки морен; обработаны данные DGPS-съемки ледника ИГАН 2008 г., проведено дешифрирование аэрофотоснимков 1947, 1953, 1957, 1958, 1960, 1968, 1973, 1989 гг. и космоснимков ASTER, Landsat ЕТМ+, Cartosat IRS P5, SPOT 5 для определения размеров опорных ледников на 1989, 2000, 2009 гг. и местоположения морен; обработаны топографические карты и планы, построены карты-схемы ледников; собраны и обработаны более 10 тысяч изображений ледников, начиная с рисунков 1938 г. и фотографий 1953-2011 гг., отражающих состояние и их положение на разные годы; проанализированы метеоданные по температуре и осадкам метеостанций Б. Хадата, Воркута, Салехард, Сыктывкар, Архангельск, реконструирован баланс-массы ледников.

Научная новизна работы

1. Составлено новое представление об оледенении Полярного Урала; открыты ранее неизвестные ледники, не вошедших в Каталог ледников (1966). Установлено, что в результате деградации некоторые ледники исчезли.

2. По полевым данным и результатам дешифрирования аэрофотоснимков измерены геометрические параметры ледников и даны их морфологические характеристики.

3. Выявлена реакция ледников на климатические изменения. Рассчитаны величины баланса массы ледников ИГАН и Обручева, отражающие эволюцию оледенения за период 1981-2011 гг.

4. Впервые построена на основе косвенных данных о климате реконструкция баланса-массы опорного ледника ИГАН годичного разрешения, отражающая эволюцию оледенения Полярного Урала в последнем тысячелетии.

5. Определен возраст морен, сформированных в малый ледниковый период, для ледников Чернова, Ю.Карского, Щучьего, Тронова, Пальгова. Уточнен возраст морен для ряда других ледников по данным гляциогеоморфологических и лихенометрических исследований.

Защищаемые положения

1. Максимальное увеличение массы и динамики ледников за последнее тысячелетие на Полярном Урале произошло в XVII веке, что установлено на основании датирования морен и реконструкции баланса-массы.

2. В последнем тысячелетии на основе реконструкции баланса массы ледников Полярного Урала выявлены периоды потепления и сокращения ледников: в XIII - XIV и в XIX - XX вв. Наибольшая деградация оледенения в XX веке произошла в 1959-1965 гг., а за тысячелетие - в 1997-2008 гг. С 2009 г. темпы сокращения ледников замедлились.

3. В результате проведенных исследований установлено, что на 2011 г. оледенение Полярного Урала включает 76 малых ледников карового и присклонового типов, открыты 5 новых ледников, 20 ледников, известных по Каталогу (1966) исчезли.

4. Эволюция ледников Полярного Урала проявляется в их приспособлении к меняющимся условиям климата и рельефа. Это вызывает изменение их форм и размеров: каровые ледники больше сокращаются в плане и переходят в более устойчивые - карово-присклоновые. При деградации малых ледников в карах изменяется вектор геологической деятельности и происходит формирование конечно-боковых морен.

Теоретическое и практическое значение работы

Диссертационная работа может быть использована для будущих детальных географических и гляциологических исследований района и создания современного каталога ледников. Полученные данные могут быть применены для прогноза изменений оледенения и численного моделирования колебаний ледников. Показано, что для Полярного Урала максимум малого ледникового периода приходится на XVII век, а наибольшее развитие ледников в голоцене произошло в последнем тысячелетии. Эти сведения в совокупности с датированием морен позднеледникового возраста, отстоящих от ледников XVII века примерно на 1 км, позволяют по-новому взглянуть на историю плейстоценового оледенения района. Анализ причинно-следственных связей между оледенением, климатом и рельефом показал необходимость мониторинга ледников для выявления ведущих факторов изменения оледенения. Результаты работы могут быть использованы при проведении промышленных изысканий, при освоении района для целей рекреационного и туристического использования. Материалы диссертации используются в учебных курсах лекций по гляциологии на кафедре криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, б глав, заключения, списка литературы из 234 наименований и списка ресурсов сети интернет из 9 наименований. В работе 80 рисунков, 15 таблиц и 2 приложения. Общий объем работы - 150 страниц.

Апробация

Основные положения диссертации доложены на научных семинарах ИГ РАН, международных и российских конференциях: "Ломоносов - 2007-2012" в МГУ; Конференциях ИГ РАН по МПГ в 2008-2010 гг. в Сочи; "Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность" в 2008-2010 (ИВП РАН); "Arctic marine ecosystems in an era of rapid climate change-2009" в Норвегии; "Гляциология в начале XXI века" в МГУ (2009); XIV Международный гляциологический симпозиум "Лед и снег в климатической системе" в Казани (2010); "Международный полярный год" в Норвегии (2010); "Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений" во Владикавказе (2010); "Изменения климата и экосистем горных территорий" в Кисловодске (2010); "Динамика современных экосистем в голоцене" в Екатеринбурге (2010); "Лавины и смежные вопросы" в Кировске (2011); "Квартер во всем его многообразии" в Апатитах (2011); "XVIII INQUA-Congress" в Швейцарии (2011).

Публикации

Основные положения диссертации изложены в 10 статьях, отражающих её содержание. Список опубликованных работ приведен в конце автореферата.

Благодарности

Выражаю благодарность научному руководителю - доценту Наталье Андреевне Володичевой за всестороннюю поддержку и содействие в работе, особую признательность член-корр. РАН О.Н. Соломиной за помощь в сборе данных и полезные рекомендации, академику РАН В.М. Котлякову и проф. В.Н. Конищеву за поддержку исследований, благодарю сотрудников ИГ РАН Г.А. Носенко, В.Н. Михаленко, Г.Б. Осипову, Л.П. Чернову, Ю.М. Кононова, А.Ф. Глазовского, И.С. Бушуеву, В.В. Мацковского, А.Я. Муравьева, которые оказали неоценимую помощь в работе, а также гляциологов А.П. Волошину, Л.С. Троицкого, Л.Д. Долгушина, И.М. Лебедеву, П.А. Черноуса, Д.Ю. Большиянова, Д.А. Петракова, В.В. Поповнина, A.A. Алейникова, В.Г. Пастухова, дендрохронологов С.Г. Шиятовв, P.M. Хантемировв, геологов А. Матюшкова и Яна Мангеруда за предоставление данных, материалов и полезные консультации, Д.В. Окопного и всех, кто помогал в полевых исследованиях и подготовке работы к защите.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Географическое положение и ведущие факторы оледенения

Полярный Урал простирается с ЮЗ на СВ от г. Колокольня до г. Константинов камень, ширина южной части около 20 км, севернее долины реки Собь хребет расширяется до 70 км и приобретает субмеридиональное направление. Рельеф западного макросклона альпинотипный, перепад высот от 200 до 1300 м., что создает контрастность по сравнению со сглаженным восточным макросклоном, где преобладают среднегорья. Урал является преградой на пути воздушных масс, поступающих с Атлантики, что вызывает увеличение количества осадков и увлажнения на подветренных склонах западной полосы гор, где залегают ледники. Оледенение существует благодаря тесному взаимодействию рельефа и климата. При условной неизменности рельефа, на развитие оледенения оказывают влияние изменения солнечной радиации, проявляющиеся в колебаниях температуры воздуха, а также зимние осадки и их перераспределение.

Для центральной части Полярного Урала репрезентативна метеостанция Б.Хадата, которая работала в 1957-1981 гг. на полевой базе Института географии АН СССР. Средняя зимняя температура воздуха на м/с Б.Хадата -13°С, наиболее холодного месяца февраля -25°С, средняя летняя температура +9°С. Установлена тесная связь (г=0,9) метеоэлементов, измеренных на этой станции, с метеостанциями Воркута и Салехард, отстоящих от Б.Хадаты на 80 и 100 км, соответственно. В 2001-2011 гг. среднегодовая температура воздуха увеличилась на 1°С по отношению ко всему периоду наблюдений.

Максимальные суммы годовых осадков по данным метеостанции плато ИГ АН составляют в среднем 740 мм и достигают 1500 мм. На восточном макросклоне Урала на высоких плато (м/ст Рай-Из) среднегодовое количество осадков составляет около 570 мм. Период аккумуляции на ледниках начинается в сентябре и продолжается до мая. Суммы зимних осадков, измеренные на метеостанциях, втрое занижены по сравнению с аккумуляцией на ледниках, что подтверждается нашими маршрутными исследованиями в апреле 2009 г. Значительное влияние на перераспределение осадков оказывают метели и лавины. В Салехарде в период 2001-2011 гг. зимние осадки, составляющие примерно половину годовых, увеличились на 50 мм. За зиму выпадает в среднем 240 мм (до 700 мм на Б.Хадате) по сравнению с многолетней нормой 192 мм за 1891-2011 гг. Рост температуры воздуха и увеличение осадков в период аккумуляции повышает лавинную активность и положительно сказывается на балансе массы ледников. За период аккумуляции на ледниках накапливается более 10 м снега.

Глава 2. Гляциологическая изученность Полярного Урала

Регулярность наблюдений, проводившихся в несколько этапов, и степень изученности различных ледников Полярного Урала неодинакова. В 1929 г. геологом А.Н. Алешковым были открыты первые ледники на Приполярном Урале. В 1930 г. геологом Г.Л. Падалкой обнаружен первый ледник в южной части Полярного Урала В 1953 г. Л.Д. Долгушин обнаружил крупнейший очаг оледенения в северной части Полярного Урала в районе Хадатинских и Щучьих озер, включавший наиболее крупные на Урале карово-долинные ледники ИГАН и МГУ (Оледенение Урала, 1966).

Наиболее масштабные исследования были проведены в 1957-1959 гг. в период Международного геофизического года (МГГ) и в 1965-1974 гг. во время Международного гидрологического десятилетия (МГД). В 1966 г. Л.С. Троицкий составил Каталог ледников Урала (рис.1). Наблюдения проводили гляциологи ИГ АН СССР по всему району оледенения, наиболее комплексно в бассейне верхнего течения реки Б. Хадата, где до 1981 г. работала база Полярно-Уральской экспедиции. На опорных ледниках были изучены процессы аккумуляции, абляции, вещественный баланс, сток талых ледниковых вод, тепловой баланс, температурный режим льда и снега, диагенез снежной толщи, движение льда, строение ледников, их геоморфологическая деятельность, следы древних оледенений, проведены фототеодолитные съемки и построены топопланы для ряда ледников. По материалам снегомерных съемок, через весь Уральский хребет, были получены сведения о распределении снежного покрова, характеризующие условия существования ледников Урала.

До последнего времени оставались слабо изучены эволюция оледенения в позднем голоцене и его современное состояние. Обзор литературных источников по вопросам эволюции оледенения Полярного Урала показал, что многочисленные публикации данных о колебаниях ледников и результатов масс-балансовых наблюдений разрознены и трудно сопоставимы друг с другом. Выполнено несколько реконструкций баланса массы ледников на основе связи с метеоэлементами: В.Г. Ходаковым ледника ИГАН с 1818 по 1963 гг. (Оледенение Урала, 1966), Ю.М. Кононовым и М.Д. Ананичевой (2007;.2005) ледников ИГАН и Обручева за XX век и за тысячелетие, В.М. Федоровым (2009) ледника ИГАН за XX век. Построен ряд палеогеографическим реконструкций климата по косвенным данным.

На основании проведенных нами исследований, включающих дешифрирование аэрофото- и космических снимков и полевые работы, выявлено, что на современных космических изображениях и на топографических картах 1:100000 присутствуют ледники, не занесенные ранее

в Каталог (1966), открыты 5 новых ледников, установлено, что в результате деградации оледенения за 1964-2011 г. 20 ледников (№№ 31-42, 46, 48, 49, 54, 61, 68, 70, 132) исчезли. На 2011 г. на Полярном Урале всего выделено 76 малых ледников: из них 40 каровых и 36 присклоновых, все ледники имеют площади менее 1 км2. Площадь оледенения с 1964 по 2011 гг. сократилась на 5 км2 и составляет около 15 км2. Ограниченность полевых исследований и трудности изучения ледников малых размеров ввиду их большой изменчивости от года к году, затрудняют определение более точной площади оледенения.

Глава 3. Методы исследований, примененные при изучении колебаний ледников

Для изучения колебаний ледников Полярного Урала применены традиционные гляциологические методы, включающие прямые визуальные и инструментальные наблюдения на ледниках, снегомерные работы, определение высоты границы питания. Для реконструкции баланса массы ледников произведена обработка измеренных значений баланса и метеорологических данных методами математической статистики.

Гляциогеоморфологические исследования позволили выявить разновозрастные моренные гряды и реконструировать положение края ледника в прошлом. При стадиальном сокращении ледникового языка возникает серия краевых и конечных морен, каждая из которых соответствует задержке сокращения. При увеличении мощности льда и наступании ледника происходит наложение одной морены на другую с возможным погребением молодой мореной более древней. Каровые ледники ИГАН, Ю.Карский и Щучий сформировали перед собой наиболее крупные моренные амфитеатры с ненарушенной последовательностью моренных валов.

Положение концов ледников зарегистрировано в поле GPS-приемниками и лазерным дальномером, уточнено по аэрофото- и космическим снимкам. Данные DGPS съемки ИГАН, наземной стереофотограмметрической съемки ледников, аэрофото- и космоснимки обработаны в пакетах программ ArcGIS и ERDAS IMAGINE для определения размеров опорных ледников на 1989, 2000, 2008 гг.и построения карт-схем ледников.

В исследованиях применен лихенометрический метод - один из продуктивно используемых для реконструкции колебаний ледников, который позволил установить возраст морен и определить время их формирования. Лихенометрический метод основан на медленном, закономерно меняющемся во времени приросте эпифитных лишайников Rhizocarpon geographicum. На каждой морене ледника произведены замеры диаметров нескольких десятков лишайников для выявления максимального и среднего из пяти максимальных. На основании кривой скорости роста рассчитано время обнажения и заселения субстрата. В исследовании применены аномалии температуры воздуха, полученные дендрохронологическим методом.

Для мониторинга ледников выполнены повторные цифровые фотосъемки с закрепленных базисов, которые дают наглядную информацию о состоянии ледников и моренных комплексов и позволяют оценить высоту понижения поверхности ледников в условиях отсутствия стационарных наблюдений..

Рассмотренные методы применены в комплексе, взаимно дополняя и уточняя результаты исследований, полученные различными способами.

Глава 4. Изменение геометрических параметров ледников Полярного Урала

Ледники являются чуткими индикаторами изменений климата и отражают их в виде колебаний. За период инструментальных наблюдений все исследователи отмечали сокращение площади и высоты поверхности ледников Полярного Урала с кратким стационированием в 1970-е гг. При изучении эволюции оледенения, мы предполагаем подобность колебаний однотипных ледников в пределах изучаемой территории. Мониторинг опорных ледников позволяет оценивать состояние всего оледенения. К основным геометрическим параметрам ледников относятся: площадь, наибольшая длинна по стрежню, объем или мощность льда. Полученные параметры ледников могут быть использованы для решения обратной задачи - построения реконструкции климата и прогноза. Нами обобщены все собранные данные о колебаниях размеров ледников Урала, устранены неточности.

Для оценки изменения площади и длины некоторых ледников (рис.2), на которых подобные наблюдения уже велись в пакете программы ArcGIS по методике, описанной И.К. Лурье с соавт. (2004), была создана электронная карта, включающая космические изображения, аэрофотоснимки, оцифрованные автором топографические планы 1963 г., данные DGPS съемки 2008 г. ледников ИГ АН и Обручева. Для привязки использовались координаты фототеодолитных базисов, обнаруженных на местности и отмеченных на топоплане, и характерные точки рельефа, визуально дешифрированные на снимке. Для улучшения привязки использовались ортотрансформированные аэрофотоснимки. Привязка и трансформация АФС 1989 г. осуществлялась в программном пакете ERDAS IMAGINE 8,5. Топопланы были привязаны к ортотрансформированному снимку Landsat ЕТМ+ 2000 г. с пространственным разрешением 15 м. Геометрические размеры ледников на 2008, 2009 гг. определены по ортотрансформированным космическим изображениям 2008 г. Cartosat IRS- Р5 с разрешением 2,2 м и 2009 г SPOT 5 с разрешением 5 м. Использована координатная система UTM, эллипсоид WGS-84. Ошибка определения плановых размеров ледника может достигать первых метров в зависимости от снимка и состояния ледника, ввиду их быстрой изменчивости.

В результате оцифровки контуров ледников получены новые сведения о морфометрических параметрах ледников на 1989, 2000, 2008, 2009 гг. Обобщение литературных и авторских материалов представлено в работе в таблицах и на графиках. Анализ обобщенных сведений об изменениях морфометрических параметров ледников и полевые исследования позволили установить современное состояние ледников и проследить их сокращение со второй половины XX века (рис. 3). Ледник МГУ в 1953 г. был карово-

долинным и опускался до 600 м, однако постепенно сокращался и к 2008 г. превратился в присклоновый. Прекращение быстрой деградации, обусловленной, прежде всего, воздействием воды и ледника, возможно после потери контакта с озером.

Для оценки изменений площади, длины и объема ледника ИГАН была создана электронная карта в пакете программы ArcGIS на основе топографического плана ледника 1963 г. 1:5000, и материалов топосъемки поверхности с помощью дифференциального GPS приемника в 2008 г. На 2010 г. морфологически это типичный каровый ледник, в период МГГ и МГД являлся карово-долинным. Длина его 1 км, площадь менее 1 км2. Сокращение затронуло в основном язык и правый край ледника (рис. 4), т.к. они открыты солнцу, а скальные стенки, обусловливающие лавинное питание, отсутствуют. Присклоновая часть ледника ИГАН за те же годы изменилась значительно меньше. Основное уменьшение площади пришлось на 1989-2008 гг., максимальное сокращение длины на 1989-2000 гг.

В результате обработки слоев поверхностей и расчетов методом кригинга получена карта-схема изменения высоты поверхности ледника в период между 1963-2008 г., на основе которой выполнена оценка изменений объема ледника ИГАН за 45 лет. DGPS съемка 2008 г. охватила не всю площадь, что позволило получить изменение высоты поверхности (в среднем 24 м) и объема (0,0065 км1 в.э.) лишь для участка ледника площадью 0,32 км. На основании топоплана 1963 г, карты 2008 г., комплексного расчета с привлечением результатов радиолокационного зондирования 1968 г. и геоморфологического анализа получена величина уменьшения объема ледника 134 тыс. м3, что при пересчете на площадь (0,0134/0,81) дает средневзвешенную по леднику величину понижения поверхности 16,5 м, в.э. (19,5 м в слое льда), которая согласуется со средней скоростью понижения поверхности за период измерения и реконструкции баланса массы ледника (-0,5 м/год).

Условные обозначения

Изменение высоты поверхности ледника ИГАН в период с 1963 по 2008 гг., м -10 -20 -30 -АО -50

| граница ледника ИГАН 2008 г. | | граница ледника ИГАН 1963 г.

| область покрытая ОвРв-съемкой 2008 изолинии высоты поверхности ледника 2008 г. изолинии изменения высоты ^ ' поверхности в 1963-2008 гг.

— — ледораздел

66°0'0" 66°1'0" Рис.4. Карта-схема изменения высоты поверхности и сокращения площади ледника ИГАН в период 1963-2008 г.

Рис. 3. Границы ледников на фрагментах космических снимков — ИГАН на SPOT 5 2009 г., МГУ на Cartosat (IRS- Р5) 2008 г. 66°0'0"

66° Г 0"

Для анализа хода уменьшения объема льда проведено сопоставление профилей поверхности и подледного ложа ледника Обручева (рис. 5), построенных в разные годы (Боровинский, 1964; Мачерет, 1973; Загороднов и др., 1976; Мачерет, Журавлев, 1981; Атлас ЯНАО, 2004, Мачерет, 2006; 81и11§ес1апоуа и др., 2012). Установлено, что объем ледника с 1981 г.

уменьшился вдвое.

Сравнение повторных

фотографий показало, что эту величину можно распространить и на большинство ледников.

Рис. 5. Профили поверхности и ножа ледника Обручева в

1953-2008 гг.

О 500 1000

Для определения размеров ледников до периода инструментальных

наблюдений проведено датирование моренных отложений при помощи

лихенометрического метода. Нами использована среднегодовая скорость

прироста лишайников ЯЫгосагроп geographicum, 0,25 мм в год за последние

200 лет, подтвержденная повторными замерами максимального диаметра

лишайников (рис. 6) на моренах в 2010 г. и логарифмическая кривая роста

лишайников для установления возраста более старых морен (рис. 7 и табл.1).

Рис. 6. Диаметр лишайников ЯМгосагроп geographicum на моренах ледников Шумского и Обручева по данным измерений 1999 г. (5о1отта и др., 2010) и автора в 2010г.

В работе выявлен ряд гляциогеоморфологических особенностей ледников

Полярного Урала.

Морфология каров в классическом варианте

предполагает течение ледника по оси кара от задней стенки к устью кара, при этом в результате течения льда, экзарации и переноса обломочного материала формируются боковые и конечные морены. Комплекс методов позволяет определять время формирования морен и получать данные о положении края ледника в прошлом. Использование классической закономерности для изучения

Шумского

1999

Обручева

1999 Qce5ma*

□max

2010 "CP5111®

Qmax

lili lilt IVa IVt

ледников на Полярном Урале осложняется специфическим морфологическим обликом морен. Ледники Обручева, Чернова, и др., залегая в карах восточной экспозиции, обрамлены моренными валами (до 40 м) только вдоль северовосточных краёв ледников.

Рис. 7. Ледник Обручева, подпруженный конечно-моренным валом. Возраст морен: I- 1940-1950 гг., II- 1930 г., III-1900 г., IV- 1820 г.

Наземное обследование морен показало их значительную извилистость и сочленённость в одном валу нескольких гряд, что особенно характерно для моренного вала ледника Обручева. Очевидно, в различные периоды изменялись размер и геологическая работа ледника. Разрастаясь до гребня моренного вала, лед начинал продавливать его вперёд, к северной стенке кара, экзарация и вынос обломков были направлены в сторону моренного вала, который на этот период становился конечным. Ослабевая, ледник направлялся на восток, между южной стенкой кара и моренным валом, по оси кара и кроме обломков со стенок и ложа кара, в течение льда вовлекались обломки, захваченные со склона морены, которая в это время становилась боковой. Подобная флуктуация в поведении ледника зафиксирована в 1960-е гг. Д.Г. Цветковым (1970). Небольшое смещение к северу мертвого льда в зоне примыкания верхней части моренного вала к стенке кара свидетельствует о вовлечении в течение участка морены при разрастании и наступании ледника Обручева.

Другая особенность - взаимодействие ледников и приледниковых озер, проявляющееся в ускоренной деградации ледников, оканчивающихся в озера. В работе установлено, что прекращение контакта с водой приводит к стабилизации ледников, что видно на примере ледника Чернова.

В результате изучения изменений геометрических параметров ледников показано, что за последние 50 лет площади оледенения сократилась на 25%.

Таблица 1. Измерения лишайников в 2010 г. и датирование морен

Ледник Морена Кол-во измерений Диаметры Стандартное отклонение Даты* тах/0,25

№ описание max cp5max

МГУ 1 Вал вдоль озера 13 13 6,6 4,5 1958

IV Полка на склоне, 30 м от дна долины 3 7 6,0 0,7 1982

VI Камни с коричневыми листовыми лиш. 12 10 6,2 2,7 1970

VII На выходе в широкую часть долины 20 м 17 21 15,6 3,8 1926

над тальвегом

Vila Крупные валунов на повороте 18 85 77,2 5,5 1500-е

VIII На выходе из долины (1950-1960-е) 10 12 10,0 1,4 1962

Сынок II На 5-7 м ниже вала I 2 10 8,5 1,1 1970

IV На зандре в основной долине 2 95 92,5 1,8 1100-е

Троноаа 1 b Основной вал 38 10 10,0 0,0 1970

le Плечо вала Ib 36 16 15,0 0,7 1946

Id Ниже le 30 16 15,8 0,1 1946

le Внешняя часть, дальше зандр 4 12 9,3 1,9 1962

II Между Щучим и Тронова 18 101 98,2 2,0 1000-е

Щучий la Свежая морена в озере 4 11 9,5 1,1 1966

II Вал высотой 10 м 67 30 25,2 3,4 1890

III Следующий вал 91 65 50,2 10,5 1800

IV Более высокий холм 107 72 68,0 2,8 1500-е

V Такой же вал за снежником 72 118 104,8 9,3 900-е

VI Наиболее удаленный от ледника 37 160 144,6 10,9 ?

С.Карский 1 Свежая поверхность конечной морены 65 17 16,6 0,3 1942

II Склон до 30 м над дном долины 47 61 49,6 8,1 1800-е

X Морена между Ю. и С. Карскими 46 13 12,0 . 0,7 1958

Ю.Карский 1 Вал, примыкающий к леднику 35 15 14,2 0,6 1950

II Вал и за ним плоская площадка 48 40 26,4 9,6 1850

III Вал высотой до 5 м над мореной II 74 52 37,4 10,3 1802

IV Валик высотой до 1,5 м 38 35 32,6 1,7 1870

V Плоская за валом 4, до 10 м шир. 60 86 76,4 6,8 1600-е

VI Площадка от след вала отделена рвом 38 75 65,6 6,6 1600-е

VII Морена тога же облика 75 99 89,4 6,8 1100-е

VIII Более 15 м выше предыдущего 66 117 99,0 12,7 1000-е

IX Самая высокая длинная широкая 8 110 110,0 0,0 900-е

Пальгова II Очень нестабильная свежая 22 8 7,0 0,7 1978

III С правого берега 38 22 20,6 1,0 1922

IV Морена за озером 42 39 33,0 4,2 1854

V Холм высотой до 30 м над озером 11 70 53,0 12,0 1600-е

Анучина lit Из-под ледника 27 20 19,6 0,3 1930

lla Поле перед ледником левее ручья 27 25 22,8 1,6 1910

III Ниже II а 29 30 29,6 0,3 1890

IV Самый большой вал справа 31 82 73,6 5,9 1500-е

Шуйского 1 Основной вал 32 26 24,2 1,3 1913

II1 Плечо вала I 11 20 18,8 0,8 1930

II t Вдоль озера плечо вала III 29 25 24,2 0,6 1910

III За озером 22 36 33,2 2,0 1866

IV Ниже вала III 10 42 39,2 2,0 1842

Чернова 1 В углублении вала II 11 25 24,0 0,7 1910

II Наиболее высокий вал 32 25 23,2 1,3 1910

III Ниже и моложе вала Illa 41 34 31,8 1,6 1874

Ilia Продолжение вала II 10 33 31,6 1,0 1878

IV Ниже вала Illa 31 29 27,2 1,3 1894

V Самый низкий 31 35 33,6 1,0 1870

Обручева III i Основной вал 268 28 28,0 0,0 1898

lilt От развалин домика вниз по течению 29 28 26,4 1,1 1898

IVa Отделён от вала III t зандром 22 48 45,6 1,7 1818

IV t Примыкает к валу IV со стороны ледника 23 42 37,8 3,0 1842

• Курсивом даны округленные даты по логарифмической кривой скорости роста лишайников.

Глава 5. Баланс массы ледников Полярного Урала

Таблица 2. Значения составляющих баланса массы ледника ИГАН.

Баланс массы ледников Полярного Урала был измерен в 1957-1981 гг. За все 24 сезона наблюдений среднегодовой баланс массы ледника ИГАН был отрицательным и равным -40,0 г/см2. Аккумуляция-абляция на границе питания (в среднем на абс.высоте 800 м) на ледниках составляла примерно 200 г/см3-год. Вертикальный градиент внешнего массообмена 22 г/см2/год на 1 м высоты. Зоны льдообразования: теплая фирновая, фирново-ледяная, ледяная (АСЛРМ, 1997). Проведенный в работе анализ опубликованных рядов прямых масс-бапансовых наблюдений на ледниках ИГАН и Обручева показал необходимость их уточнения, что выполнено в работе (табл. 2). Ннедостаточная схожесть имеющихся реконструкций баланса массы между собой и с измеренными значениями вызвала необходимость построения новой реконструкции.

Наиболее тесная связь между измеренными компонентами баланса массы ледников ИГАН и Обручева в 1957-1981 гг. установлена с температурой воздуха, измеренной на ближайших м/с Б.Хадата, Воркута и Салахард, за тот же период. Аккумуляция на ледниках лучше всего (г=0,83) связана со средней температурой воздуха за холодный период (октябрь-май), а абляция со средней температурой воздуха за июнь-август (г=0,86). Для дальнейших построений выполнено восстановление пропусков в метеорядах по трехступенчатой связи с привлечением данных м/ст Салехард и Сыктывкар и Архангельск, удлинение ряда м/с Воркута отдельно для каждого месяца по уравнениям регрессии и приведение к средней многолетней высоте границы питания ледника ИГАН. На основе связи полученных рядов среднелетней (июнь-август) и среднезимней (октябрь-май) - ТзВ - температуры воздуха в Воркуте и измеренных за 23 года (за 1981 г. данные утеряны) значений аккумуляции и абляции (табл. 2) построена реконструкция баланса массы репрезентативного для Полярного Урала ледника ИГАН на период 1814-2011 гг. (рис. 8). Реконструкция наиболее точна с 1870 г. Для восстановления аккумуляции использовано уравнение: аккумуляция = 303,95 х ТзВ+6304,5.

год аккумуляция абляция

1958 1150 1450

1959 2650 3000

1960 1400 2250

1961 2200 2450

1962 3200 3250

1963 2100 3250

1964 1000 2250

1965 2500 3180

1966 1750 1980

1967 3140 3000

1968 3410 1100

1969 1420 2050

1970 1780 1260

1971 1840 1850

1972 2910 2330

1973 3000 2880

1974 2190 2820

1975 2720 1680

1976 2510 4290

1977 2360 3980

1978 1800 910

1979 1180 1040

1980 1900 880

Ф О-о

3 к

со -О

с

О

_ _ к о;

2 2 ^

К К ^ П" — —

^ S ы ь: л л

Ц С I

га га о. а. I х

5 5 ' "

о о

о

о о од

о ю 00

о о

о ю ю

ю см

о о

о ю

05

ш

о

Сч|

Рис. 8 Баланс массы ледника ИГАН за последние 200 лет.

Рис. 9. Баланс массы ледника ИГАН за последнее тысячелетие.

Для восстановления величин абляции более обосновано использование формулы Кренке-Ходакова (1966) с свободным региональным коэффициентом:

A = (t + 8,2)3,

где А - сезонная абляция на высоте границы питания, мм; t - средняя летняя температура воздуха, измеренная или рассчитанная на этом уровне. В результате подборки выбран свободный член 8,2, наиболее реалистично отражающий измеренные величины абляции.

Баланс массы, реконструированный нами на период прямых гляциологических измерений на леднике ИГАН в 1957-1981 гг., наилучшим образом по сравнению с предыдущими реконструкциями согласуется с натурными наблюдениями. Выполнена проверка значений в сезоны пиковой абляции по аэрофотоснимкам, показавшая высокое положение границы питания в годы с высокой абляцией. Проверка соответствия оценки понижения высоты поверхности ледника в период 1964-2008 гг., полученной в результате построения карт (-16,5 м) и реконструированной величины кумулятивного баланса за этот же период -16049 мм в.э., показала их сходность.

Установлена тесная связь аномалий среднемесячной температуры воздуха июня-августа с годовым балансом массы ледника ИГАН за последние 200 лет, что связано с преобладающим влиянием летней температуры воздуха на эволюцию ледника и определяет его сокращение. Анализ связи годового баланса массы ледников и среднегодовой температуры воздуха на прилегающих м/ст с имеющейся этого района реконструкцией годовых аномалий температуры воздуха (Briffa, 2000) выявил их довольно высокую связь (г=0,6). Аналогичным описанному выше способу построена реконструкция баланса массы ледника ИГАН за последнее тысячелетие (рис. 9). Необходимо отметить, что аномалии в указанной публикации восстановлены с использованием дендрохронологических данных и во многом относятся к теплому периоду, при этом анализ многолетних рядом демонстрирует связь летней и зимней температуры, поэтому реконструкция баланса обоснована.

Для Полярного Урала подтверждена необычная географическая закономерность - возможность реконструкции аккумуляции по средней температуре воздуха холодного периода с большей точностью, чем по осадкам, при этом температура воздуха отражает и лавинное и метелевое питание ледников. Выявленные палеогеографические особенности приводят к смещению максимума малого ледникового периода с XIX на XVII век, а датирование морен показывает, что наибольшее развитие ледников в голоцене произошло в последнем тысячелетии. Вероятно, температура, а вслед за ней осадки, являлись лимитирующим фактором более широкого распространения ледников в плейстоцене.

Глава 6. Эволюция оледенения Полярного Урала на фоне колебаний климата.

В позднем плейстоцене оледенение Полярного Урала было горнодолинным, что подтверждается полученными датировками морен, отстоящих от ледников Чернова и МГУ примерно на 1 км, позднеледниковым возрастом (Мапдегш! и др., 2008; Зуепскоп, 2011). Начиная с позднего дриаса, ледники постепенно деградировали, а в период голоценового оптимума исчезали вовсе (Сурова и др, 1975). Между древними и голоценовыми моренами находятся озера, занимающие понижения, созданные плейстоценовыми ледниками. Наши исследования голоценовых морен, оконтуривающих современные ледники, показали, что они имеют возраст в основном в пределах малого ледникового периода (МЛП). Хронологические рамки МЛП, последнего крупного похолодания, вызвавшего более или менее синхронное наступание ледников во всех горных странах, до сих пор остаются спорными.

Установлено, что в последнем тысячелетии на Полярном Урале на фоне изменений климата чередовались периоды роста и снижения баланса массы ледников (рис. 10), обусловленные изменениями температуры воздуха и увлажнения. Наша реконструкция подтверждается независимыми косвенными данными о климате. В начале тысячелетия ледники уже существовали. Выявлены периоды потепления и сокращения ледников в последнем тысячелетии в XII и XIV веках, согласующиеся с данными по изменению верхней границы леса в этом районе (5Ыуа1:оу,2003). Максимальное увеличение массы и динамики ледников произошло в XVII веке, что установлено на основании датирования моренных отложений. Моренные валы ледников этого периода характеризуются наибольшим объемом. На протяжении XVII и XVIII вв. величины баланса массы на пиках были больше, чем в XIX и XX веках, что в большей мере обусловлено повышенным увлажнением и ускоренным массообменном в ледниках. Датируемый ранее максимум развития ледников в XIX веке был основан на данных о значительном похолодании в этот период, однако по географической логике значительное понижение температуры воздуха может привести к замедлению массооборота.

Последние 200 лет на фоне роста приземной температуры воздуха на Земле (1РСС, 2007) ледники Полярного Урала отступают и сокращаются по толщине, что приводит к убыли массы льда и фиксируется не только инструментальными исследованиями, но и морфологически. Анализ полученных данных позволяет заключить, что существующий глобальный тренд температуры и прогнозные сценарии неоднозначны; в настоящее время на ледниках Полярного Урала фиксируются все признаки деградации (высокое положение современных конечных и боковых морен, образование озер на

ледниковых языках и превращение их в участки мертвого льда, отрыв ледников от конечно-моренных валов, полосы отмывки на стенах каров, сокращение размеров и распад ледников; установлены возможные причины стабилизации ледников при переходе в новые морфологические типы, сохранении в затененных карах или на возвышенных участках с повышенным накоплением снега; для выявления наиболее тесных зависимостей между колебаниями

Рис. 10. Изменения баланса массы ледника ИГАН, скорости осадконакопления в оз. Б.Щучьем (Большиянов, 2006), аномалии температуры по термометрии в скважинах (йетегИко и др.,2007), высота верхней границы леса (БМуШоу, 2003) и периоды формирования морен.

Рядом с современными ледниками расположены пустые кары, в которых сохраняются следы недавнего оледенения. На аэрофотоснимках 1947 г. в некоторых из каров оставались остатки ледников, разраставшихся в максимум малого ледникового периода на фоне повышенного снегонакопления, увеличения лавинного питания и сокращения абляции ледников.

За последние 200 лет эти ледники растаяли, на месте некоторых из них залегают снежники. Первые исследователи ледников Полярного Урала были свидетелями быстрого сокращения ледников Ковальского, Станционного. Нами выявлено исчезновение ледников в хр. Харбей-Хой и др. В летние сезоны 20102011 гг. на фоне низких среднемесячных температур новые снежники-перелетки сохранялись в эрозионных формах рельефа до конца лета. При гипотетическом улучшении для ледников климатических условий - увеличении аккумуляции и снижении абляции в пустых карах возможна регенерация ледников, однако днища многих каров переуглублены ротационным движением льда и заняты озерами, которые лимитируют развитие ледников.

Заключение

В работе приведена подробная характеристика оледенения Полярного Урала, изложена история его изучения и обобщены имеющиеся сведения о ледниках. На основе комплексного подхода и применения современных методов исследований получены новые данные об оледенении Полярного Урала. На основании выполненных исследований сделаны следующие выводы:

1. Общее состояние ледников Полярного Урала, находящихся в условиях, близких к пределу своего существования, определяется влиянием локальных орографических и фоновых климатических факторов. Это предопределяет приуроченность ледников к западному макросклону. Ледники Полярного Урала существуют ниже климатической снеговой линии, благодаря преимущественно метелевому и лавинному перераспределению снега и его повышенной концентрации в отрицательных формах рельефа.

2. Эволюция ледников Полярного Урала проявляется в их приспособлении к меняющимся условиям климата и рельефа. Это вызывает изменение их форм и размеров: каровые ледники больше сокращаются в плане и переходят в более устойчивые - карово-присклоновые. Ледники отступают с разной скоростью, некоторые распались или исчезли. Наибольшая деградация отмечена на ледниках, оканчивающихся в приледниковых озерах, что связано с климатическими изменениями опосредованно. В последующие годы, при сохранении климатического тренда к потеплению, ледники Полярного Урала продолжат сокращение, особенно каровые и оканчивающиеся в озерах, некоторые исчезнут. Присклоновые ледники, залегающие у стенок каров, могут находиться в стационарном состоянии, благодаря лавинному питанию и восстановлению равновесия с климатом. При деградации малых ледников в карах изменяется вектор геологической деятельности и происходит формирование конечно-боковых морен.

3. Проведенные нами исследования показали, что современное оледенение Полярного Урала представлено малыми (менее 1 км2) ледниками карового и присклонового типов. По Каталогу ледников СССР (1966) был выделен 91 ледник. В результате деградации оледенения за 1964-2011 г. 10 ледников (№№31-42, 46, 48, 49, 54, 61, 68, 70, 132) исчезли. На основании дешифрирования аэрофото- и космических снимков, а также полевых исследований в трудно доступных и мало изученных горных районах открыты 5 новых ледников, ранее неизвестных. Таким образом, в настоящее время на Полярном Урале всего выделено 76 малых ледников: из них 40 каровых и 36 присклоновых. Площадь оледенения с 1964 по 2011 гг. сократилась на 5 км2 и составляет 15 км2.

4. Для наиболее изученных ледников Полярного Урала - ИГАН и Обручева рассчитаны величины баланса массы, отражающие эволюцию оледенения и их реакцию на климатические изменения за последние 30 лет после прекращения инструментальных наблюдений в 1981 г. С 1974 г. среднегодовой баланс массы ледников отрицательный. Среднее по площади суммарное понижение поверхности ледников Обручева и ИГАН за период 1963-2008 гг. достигает 20 и 16,5 м, соответственно. По нашей оценке уменьшение объема ледника ИГАН в 1964-2008 гг. составило 134 тыс. м\

5. По данным гляциогеоморфологических и лихенометрических исследований на ледниках Чернова, Ю.Карского, Щучьего, Тронова, Пальгова определен возраст морен, сформированных в малый ледниковый период. Выделяются периоды формирования морен в начале тысячелетия, около 1500-х и 1600-х гг., а также в XIX веке. По результатам повторных замеров лишайников Шнгосагроп деодгарЫсиш уточнены скорость их роста в 1999-2010 гг., и возраст морен ледников Обручева, Анучина и Шумского.

6. Выполнена реконструкция баланса-массы опорного ледника ИГАН, отражающая эволюцию оледенения исследуемой территории. Установлено, что в последнее тысячелетие ледники Полярного Урала имели общую направленность колебаний. Максимальное увеличение массы и динамики ледников за последнее тысячелетие на Полярном Урале произошло в XVII веке, что установлено на основании датирования морен и реконструкции баланса-массы. Выявлены периоды потепления и сокращения ледников в последнем тысячелетии в XII и XIV веках. Начиная с XIX века, ледники постепенно сокращаются и к настоящему времени значительно деградировали. В XX веке наиболее значительное отступание ледников произошло в 1959-1965 гг., а затем с 1997 г. по 2008 г. С 2009 г. темпы сокращения ледников замедлены.

7. Темпы и направленность колебаний ледников хорошо коррелируют с глобальными изменениями температуры воздуха. Реакции различных ледников на внешние изменения зависят от широкого комплекса географических факторов. Основные предпосылки флуктуаций ледников -колебания климата, выражающиеся в изменении температуры воздуха, и снежности, а также морфология ледников и рельеф подстилающего ложа, изменяющиеся при отступании ледников.

Проведенные исследования позволили решить задачи, поставленные в диссертации, и выявили вопросы, требующие новых исследований. Необходимо продолжить прямые полевые наблюдения за колебаниями ледников, исследование озерных отложений для реконструкции оледенения в голоцене с применением современных дистанционных методов и технологий.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В журналах, рекомендованных ВАК

1. Solomina O.N., Ivanov M.N., Bradwell Т. Lichenometric studies on moraines in the Polar Urals // J. Geografiska Annaler, vol. 92 A, №1. - Stockholm, Sweden, 2010. pp. 81-99.

2. Shahgedanova M., Nosenko G., Bushueva /., Ivanov M. Changes in area and geodetic mass balance of small glaciers, Polar Urals, Russia, 1950-2008 // J. of Glaciology. 2012. v.58 (209). 20 p.

В других изданиях

3. Иванов М.Н. Реконструкция колебаний ледника Чернова на Полярном Урале // Сборник трудов II научной конф. молодых ученых "Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность". -М.: ИВП РАН, 2008. с. 74-77.

4. Иванов М.Н. Эволюция оледенения Полярного Урала за последние 200 лет // Гляциология в начале XXI века. Материалы Межд. научной конференции. -М.: Университетская книга, 2009, с. 186-192.

5. Иванов М.Н. Перспективы изучения стока с Полярно-Уральских гор // Сборник трудов III межд. научной конф. молодых ученых "Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность". - М.: ИВП РАН, 2009. с. 129-132.

6. Иванов М.Н. Повторные фотосъемки в горах как эффективный инструмент для мониторинга и устойчивого развития горных территорий в условиях глобальных изменений // Материалы VII Межд. конференции "Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений". [Электронный ресурс] - Владикавказ: СКГМИ, 2010. 3 с.

7. Иванов М.Н. Взаимодействие озёр и ледников Полярного Урала // Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность: сборник трудов IV Межд. научной конф. молодых ученых. -М.: ИВП РАН, 2010. с. 112-116.

8. Иванов М.Н. Морфология морен ледников Полярного Урала как показатель вектора геологической деятельности // Электронный сборник тезисов 5-й Сибирской конференции молодых ученых по наукам о Земле: Секция Региональная геология. - Новосибирск: ИГМ СО РАН. 2010. 3 с.

9. Иванов М.Н. Возраст морен ледников Полярного Урала. // Квартер во всем его многообразии. Фундаментальные проблемы, итоги изучения и основные направления дальнейших исследований: Материалы VII Всерос. совещания по изучению четвертич. периода. - Апатиты, СПб: ГИ КНЦ РАН, 2011, с. 224-226.

10. Иванов М.Н. Наземное оледенение Евразиатского сектора Арктики и его изменения в XX веке // Сборник аннотаций Материалы XIV Межд. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов": Секция География, Т. 1.-М.: СП «Мысль», 2007. с.292-293.

11. Иванов М.Н. Изучение озерных отложений для реконструкции колебаний ледников // Материалы докладов XV Межд. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов": География. [Электр, ресурс] - М.: СП МЫСЛЬ, 2008. (www.lomonosov-msu.ru). с. 16-17.

12. Иванов М.Н. Колебания ледников Полярного Урала // Материалы докладов XVI Межд. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов": География. [Электр, ресурс] - М.: Изд-во МГУ, 2009.. с. 43-44.

13. Носенко Г.А., Муравьев А.Я., Иванов М.Н.. Шахгеданова М.В. Современные исследования Института географии РАН и Университета г. Рединг (Великобритания) на ледниках Полярного Урала // Тезисы докладов Межд. совещания по итогам МПГ. Сочи, 2009. с. 46.

14. Иванов М.Н. Эволюция ледников Полярного Урала от МГГ 1957-1959 гг. до МПГ 2007-2009 гг. // Тезисы докладов Межд. совещания по итогам МПГ. Сочи, 2009.с. 47.

15. Иванов М.Н. Каталогизация ледников Урала // Материалы Межд. молодёжного научного форума "Ломоносов-2010": География. [Электр, ресурс] - М.: МАКС Пресс, 2010. (www.lomonosov-msu.ru). с.1-2

16. Иванов М.Н. К вопросу о размерах ледников Полярного Урала в 1938-1959 гг. // Межд. гляциологический симпозиум "Лед и снег в климатической системе". Тезисы докладов. - Казань: ИГ РАН, 2010. с. 23.

17. Иванов М.Н. Повторные фотосъемки на Полярном Урале как эффективный инструмент мониторинга изменений горных экосистем // Тезисы докладов школы-семинара молодых ученых "Изменения климата и экосистем горных территорий". - Кисловодск: ИГ РАН - ИФА РАН, 2010. с.1-2.

18. Иванов М.Н. Особенности сокращения ледника ИГ АН на Полярном Урале // Материалы Межд. молодёжного научного форума "Ломоносов-2011": [Электр, ресурс] -М.: МАКС Пресс, 2011. (www.lomonosov-msu.ru). с.1-2.

19. Иванов М.Н. Лавины Полярного Урала. // IV Межд. конф. "Лавины и смежные вопросы". Тезисы докладов. - Кировск: Апатит-Медиа, 2011, с. 59.

20. Иванов М.Н. Датирование морен ледников Полярного Урала // Материалы Международного молодёжного научного форума "Ломоносов-2012": Секция География. [Электронный ресурс] -М.: МАКС Пресс, 2012. с.1-2.

21. Nosenko G„ Shahgedanova М, Muravyev A., Ivanov М, Bushueva I. Investigating Glacier Response to the Recent Climate Change in the Polar Urals, Russia // Abstract of Oslo science conference IPY - Oslo, Norway, 2010. 1 p.

22. Ivanov M. Polar Urals glaciers variability: past to future II Book of abstracts The 10th Arctic Science Summit Week - Bergen, Norway: Univ. of Bergen, 2009. p. 29.

23. Ivanov M.N. Comprehensive study of moraines in the Polar Urals. // Proceedings of XVIII INQUA-Congress. - Bern, Switzerland, 2011. 1 p.

Подписано в печать:

12.04.2012

Заказ № 7162 Тираж - 150 экз. Печать трафаретная. Объем: 1 усл.п.л. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 . (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Иванов, Михаил Николаевич, Москва

61 12-11/133

?

Московский Государственный Университет имени М. В. Ломоносова

Географический факультет

На правах рукописи

Иванов Михаил Николаевич

ЭВОЛЮЦИЯ ОЛЕДЕНЕНИЯ ПОЛЯРНОГО УРАЛА ЗА ПОСЛЕДНЕЕ ТЫСЯЧЕЛЕТИЕ

25.00.31 - гляциология и криология Земли

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель кандидат географических наук, доцент Н.А.Володичева

Москва 2012

Содержание

Введение....................................................................................................................................4

1. Географическое положение и ведущие факторы оледенения........................................11

1.1. Рельеф...........................................................................................................................12

1.2. Климат...........................................................................................................................16

2. Гляциологическая изученность Полярного Урала..........................................................27

2. 1. История изучения оледенения района......................................................................27

2.2. Анализ литературных данных....................................................................................34

2.3. Сведения о ледниках Полярного Урала.....................................................................39

3. Методы исследования, примененные при изучении колебаний ледников...................44

3.1. Гляциологические наблюдения..................................................................................46

3.2. Гляциогеоморфологические исследования...............................................................48

3.3. Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии...............................49

3.4. Лихенометрический и дендрохронологический методы.........................................51

3.5. Повторные съемки и фотографирование ледников..................................................53

4. Изменения геометрических параметров ледников Полярного Урала...........................55

4.1. Площадь и длина ледников.........................................................................................56

4.2. Высота поверхности и объем ледников.....................................................................71

43. Гранины ледников по д анным лихенометрического датирования морен....................................80

4.4. Гляциогеоморфологические особенности ледников................................................85

5. Баланс массы ледников Полярного Урала.......................................................................93

5.1. Измеренный баланс массы ледников ИГАН и Обручева в 1957-1981 гг.......................93

5.2. Анализ имеющихся реконструкций баланса массы ледников................................98

5.3. Материалы и методика реконструкций баланса-массы ледников........................104

5.4. Реконструкция баланса массы ледника ИГАН.......................................................109

6. Эволюция оледенения Полярного Урала на фоне колебаний климата.......................120

Заключение............................................................................................................................129

Литература............................................................................................................................132

Приложения..........................................................................................................................149

Принятые сокращения

ACJIPM - Атлас снежно-ледовых ресурсов мира АФС - аэрофотоснимок

ВМО - Всемирная метеорологическая организация (World meteorological organization)

в.э. (мм в.э) - миллиметры водного эквивалента

ИГ АН (ИГ РАН) - Институт географии Российской Академии Наук

л.н. - лет назад

МГИ - Материалы гляциологических исследований

МГГ - Международный Геофизический год (1957-1959 гг.)

МПГ - Международный Полярный год (1882-1883; 1932-1933 и 2007-2009 гг.)

МГД - Международное Гидрологическое десятилетие (1965-1974 гг.)

МГУ - Московский государственный Университет имени М.В. Ломоносова

МЛП - Малый ледниковый период

м/ст - метеорологическая станция

НСС - Наземная стереофотограмметрическая съемка

ЯНАО - Ямало-Ненецкий автономный округ

ASTER - Улучшенный космический радиометр теплового излучения и отражения

(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) Cartosat IRS P5 - Индийский радарный спутник (Indian Radar Sat) DGPS - Дифференциальный приемник системы глобального позиционирования ELA - Линия равновесия аккумуляции и абляции на леднике (Equilibrium line altitudes) ЕТМ+ - Усовершенствованный тематический картограф (Enhanced thematic mapper +) FOG - Fluctuations of Glaciers - бюллетень UNESCO «Колебания ледников» (vol. I-VI) GLIMS -Мониторинг ледников из космоса (Global land ice monitoring from space) IPCC - Межправительственная группа экспертов по изменению климата

(Intergovernmental panel on climate change) NASA - Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического

пространства (National Aeronautics and Space Administration) SPOT - Спутниковая система наблюдения Земли (Satellite pour Pobservation de la Terre) UTM - Картографическая проекция Меркатора (Universal transverse Mercator) Bn - Годовой баланс массы ледника, состоящий из разности Bw и Bs Bw - Аккумуляция (зимний баланс) Bs - Абляция (летний баланс)

Введение

Актуальность

Оледенение Земли является неотъемлемой частью криосферы и в процессе эволюционных изменений оказывает существенное влияние на природные процессы и климатическую систему. Наиболее заметно изменения климата проявляются в приполярных областях, что вызывает повышенный интерес в научных и общественных кругах. Многочисленные международные конференции и научные журналы уделяют всё большее внимание исследованиям по проблеме изменений окружающей среды и климата в последнем тысячелетии, которые оказали большое влияние на развитие нашей цивилизации. Актуальность исследований связана с поиском ответа на вопрос - насколько современные изменения климата и оледенение Земли уникальны для исторического времени, учитывая, что последние столетия были наиболее холодным периодом после оптимума голоцена (Groove, 2004), ( Рис. 1).

Исследование эволюции оледенения остается важнейшей задачей гляциологии (IPCC, 2007; Доклад ВМО, 2009). Имеющиеся на ледниках прямые наблюдения ограничены первыми десятками лет. На основе данных, получаемых косвенными методами, можно продлить измеренные ряды и построить длиннорядные реконструкции баланса массы годичного разрешения, особенно для последнего тысячелетия. За этот период на основе современных технологий и методов можно получить сведения о климате прошлого и построить прогнозы будущих изменений на основе палеоаналогов.

Полярный Урал является единственным в Российской Субарктике районом комплексного мониторинга наземного горного оледенения и в целом природной среды. Ледники Полярного Урала являются важными объектами наблюдений за эволюцией оледенения Северной полярной области и индикаторами региональных изменений климата и снежности.

Они расположены ниже снеговой линии и быстро реагируют на изменения климата. Исследования ледников важны для решения теоретических вопросов гляциологии, климатологии, палеогеографии и хозяйственного освоения Урала.

annual zona: mean anomalies vs 1951 — 1980

Рис. 1. Среднегодовые аномалии температуры воздуха на Земле по отношению к 1951-1980 гг. демонстрируют наибольшую изменчивость климата высоких широт (www.nasa.gov).

Для Полярного Урала получено наибольшее количество информации об оледенении северных горных систем России. Однако информация, собранная после 1964 г., оставалась до сих пор не систематизированной (Оледенение Урала, 1966; Каталог ледников Урала, 1966). В диссертационной работе содержится анализ и обобщение собранных ранее данных, автором проведены полевые исследования и получены новые сведения о состоянии ледников, что расширило представления в целом об эволюции оледенения Полярного Урала.

Цель работы - изучение эволюции оледенения Полярного Урала в последнем тысячелетии для прогноза будущих изменений.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

• анализ и обработка литературных и фондовых материалов об оледенении Полярного Урала; обобщение результатов гляциологических исследований региона;

• выявление ведущих факторов, определяющих существование оледенения и его изменения;

• определение морфометрических параметров ледников на максимальное количество временных срезов и изменений высоты поверхности ледников;

• проведение полевых исследований для пополнения базы данных о современном оледенении; анализ морфологических, балансовых и режимных характеристик ледников;

• датирование морен опорных ледников на основе полевых гляциологических работ и лихенометрических измерений;

• реконструкция баланса массы ледников Полярного Урала за 1000 лет.

Методы исследований, примененные в работе: гляциологические для измерения и реконструкции баланса-массы и колебаний ледников; гляциогеоморфологический, лихенометрический, дешифрирование аэрофотоснимков (АФС) и космических изображений; картографический (анализ существующих карт и построение карт-схем). Проанализированы данные, полученные на основе дендрохронологического, палеолимнологического, спорово-пыльцевого методов и радиоизотопного датирования (по 14С и ЮВе). Для обработки рядов наблюдений применены методы математической статистики.

Материалы, использованные в работе. Основные сведения о ледниках Полярного Урала получены в результате наблюдений, выполненных гляциологами Института географии РАН. В работе использованы литературные и фондовые материалы, данные ледниках, полученные Л.Д. Долгушиным; сведения из Каталога ледников Урала (1966), составленного J1.C. Троицким; ряды масс-балансовых наблюдений, проводившихся в основном A.C. Гуськовым и В.Г. Ходаковым на ледниках Обручева и ИГАН и МГУ в 1957/58-1980/81 гг.; данные метеорологических наблюдений, полученные под руководством А.П. Волошиной;

топографические планы наземных стереофотограмметрических съемок ледников, проводившихся под руководством Д.Г. Цветкова в 1963 г. на ледниках ИГАН, Обручева, МГУ в масштабе 1:5000 и 1:10000 для ледников ИГАН, Обручева, МГУ, Анучина, Чернова в 1958-1981 гг.; опубликованные сведения о колебаниях ледников; данные топографической съемки ледников Обручева и ИГАН, DGPS приемниками проведенной Г.А.Носенко и А.Я.Муравьевым в 2008 г.

В работе использованы аэрофотоснимки, топографические карты 1:100000 масштаба; космические снимки, измерения лишайников на моренах ледников, выполненные Ю.Л. Мартином в 1966, 1977 гг. и О.Н. Соломиной - в 1999 и 2010 гг.; древесно-кольцевые хронологии. Для анализа климатических и гляциологических изменений использованы метеорологические данные.

Личный вклад автора. Автор участвовал в экспедициях отдела гляциологии ИГ РАН на Полярном Урале в 2007 и 2009 гг. В 2010 г. организовал экспедицию и провел гляциологические наблюдения на 33 ледниках, наземные обследования района оледенения (около 300 км пеших и 150 км лыжных маршрутов); выполнил GPS-съемку концов ледников, гляциогеоморфологическую и лихенометрическую съемки морен; обработаны данные DGPS-съемки ледника ИГАН 2008 г., проведено дешифрирование аэрофотоснимков 1947, 1953, 1957, 1958, 1960, 1968, 1973, 1989 гг. и космоснимков ASTER, Landsat ЕТМ+, Cartosat IRS P5, SPOT 5 для определения размеров опорных ледников на 1989, 2000, 2009 гг. и местоположения морен; обработаны топографические карты и планы, построены карты-схемы ледников; собраны и обработаны более 10 тысяч изображений ледников, начиная с рисунков 1938 г. и фотографий 19532011 гг., отражающих состояние и их положение на разные годы; проанализированы метеоданные по температуре и осадкам метеостанций Б. Хадата, Воркута, Салехард, Сыктывкар, Архангельск, реконструирован баланс массы ледников.

Научная новизна работы

1. Составлено новое представление об оледенении Полярного Урала; открыты ранее неизвестные ледники, не вошедши.р в Каталог ледников (1966). Установлено, что в результате деградации некоторые ледники исчезли.

2. По полевым данным и результатам дешифрирования аэрофотоснимков измерены геометрические параметры ледников и даны их морфологические характеристики.

3. Выявлена реакция ледников на климатические изменения. Рассчитаны величины баланса массы ледников ИГ АН и Обручева, отражающие эволюцию оледенения за период 1981-2011 гг.

4. Впервые построена на основе косвенных данных о климате реконструкция баланса-массы опорного ледника ИГАН годичного разрешения, отражающая эволюцию оледенения Полярного Урала в последнем тысячелетии.

5. Определен возраст морен, сформированных в малый ледниковый период, для ледников Чернова, Ю.Карского, Щучьего, Тронова, Пальгова. Уточнен возраст морен для ряда других ледников по данным гляциогеоморфологических и лихенометрических исследований.

Защищаемые положения

1. Максимальное увеличение массы и динамики ледников за последнее тысячелетие на Полярном Урале произошло в XVII веке, что установлено на основании датирования морен и реконструкции баланса-массы.

2. В последнем тысячелетии на основе реконструкции баланса массы ледников Полярного Урала выявлены периоды потепления и сокращения ледников: в XIII - XIV и в XIX - XX вв. Наибольшая деградация оледенения в XX веке произошла в 1959-1965 гг., а за тысячелетие - в 1997-2008 гг. С 2009 г. темпы сокращения ледников замедлились.

3. В результате проведенных исследований установлено, что на 2011 г. оледенение Полярного Урала включает 76 малых ледников карового и присклонового типов, открыты 5 новых ледников, 20 ледников, известных по Каталогу (1966) исчезли.

4. Эволюция ледников Полярного Урала проявляется в их приспособлении к меняющимся условиям климата и рельефа. Это вызывает изменение их форм и размеров: каровые ледники больше сокращаются в плане и переходят в более устойчивые - карово-присклоновые. При деградации малых ледников в карах изменяется вектор геологической деятельности и происходит формирование конечно-боковых морен.

Теоретическое и практическое значение работы. Диссертационная работа может быть использована для будущих детальных географических и гляциологических исследований района и создания современного каталога ледников. Полученные данные могут быть применены для прогноза изменений оледенения и численного моделирования колебаний ледников. Показано, что для Результаты работы могут быть использованы при проведении промышленных изысканий, при освоении района для целей рекреационного и туристического использования. Материалы диссертации используются в учебных курсах лекций по гляциологии на кафедре криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из 150 страниц и включает введение, 6 глав, заключение, список литературы из 234 наименований и список ресурсов сети Интернет из 9 наименований. В работе 80 рисунков, 15 таблиц и 2 приложения.

Апробация. Основные положения диссертации доложены на научных семинарах ИГ РАН. международных и российских конференциях: "Ломоносов-2007-2012" в МГУ; "Вклад России в МПГ-2008-2010" в Сочи, в ИГ РАН; "Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность-

9

2008-2010" в ИБП РАН; "Arctic marine ecosystems in an era of rapid climate change-2009" в Норвегии; "Гляциология в начале XXI века" в МГУ; Международный гляциологический симпозиум 2010 г. "Лед и снег в климатической системе" в Казани; "Международный полярный год-2010" в Норвегии; "Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений-2010" во Владикавказе; "Изменения климата и экосистем горных территорий-2010" в Кисловодске; "Динамика современных экосистем в голоцене-2010" в Екатеринбурге; "Лавины и смежные вопросы-2011" в Кировске; "Квартер во всем его многообразии-2011" в Апатитах; "XVIIIINQUA-Congress-2011" в Швейцарии.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 10 статьях, из них 2 в журналах рекомендованных ВАК, и 14 тезисах конференций.

Благодарности. Выражаю благодарность научному руководителю -доценту Наталье Андреевне Володичевой за всестороннюю поддержку и содействие в работе, особую признательность член-корр. РАН О.Н. Соломиной за помощь в сборе данных и полезные рекомендации, академику РАН В.М. Котлякову и проф. В.Н. Конищеву за поддержку исследований, благодарю сотрудников ИГ РАН - Г.А. Носенко, В.Н. Михаленко, Г.Б. Осипову, Л.П. Чернову, Ю.М. Кононова, А.Ф. Глазовского, И.С. Бушуеву, В.В. Мацковского, А.Я. Муравьева, которые оказали неоценимую помощь в работе, а также гляциологов А.П. Волошину, Л.С. Троицкого, Л.Д. Долгушина, И.М. Лебедеву, П.А. Черноуса, Д.Ю. Большиянова, Д.А. Петракова, В.В. Поповнина, A.A. Алейникова, В.Г. Пастухова, дендрохронологов С.Г. Шиятова, P.M. Хантемирова, геолога А. Матюшкова и Яна Мангеруда за предоставление данных, материалов и полезные консультации, Д.В. Окопного и всех, кто помогал в полевых исследованиях и подготовке работы к защите.

1. Географическое положение и ведущие факторы оледенения

Уральские горы располагаются субмеридианально и тянутся от хребта Пай-Хой до р. Урал на юге почти на 2ООО км. У Полярного круга Урал имеет ширину около 50 км, а на юге - 150 км (Тушинский, Давыдова, 1976). Урал подразделяют на Полярный, Приполярный, Северный, Средний, Южный. Наиболее высокая точка Урала: гора Народная - 1894 м, расположенная на Приполярном Урале.

Полярный Урал (рис. 2) расположен на крайнем северо-востоке Европейской территории страны и простирается с ЮЗ от горы Колокольня на юге на СВ до горы Константинов Камень на севере. На востоке район граничит с Западно-Сибирской равниной, а на западе с ВосточноЕвропейской равниной. Южная граница совпадает с границей Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов (ЯНАО). Административно территория относится к Рес�