Приведены обобщенные результаты многолетнего геокриологического мониторинга на восьми стационарах в западном секторе Российской Арктики. Повышение среднегодовой температуры воздуха составило около 2.8 ^оС (1970-2018 гг.). Получены данные о динамике среднегодовой температуры в сезонно-талом слое и толще многолетнемерзлых пород доминантных ландшафтов в различных биоклиматических зонах: типичной тундре, южной тундре, лесотундре и северной тайге. Предложено выделять три стадии устойчивости мерзлоты по отношению к потеплению климата – устойчивая мерзлота, неустойчивая мерзлота и мерзлота в стадии активной деградации.

Ключевые слова: многолетнемерзлые породы, температура пород, деградация мерзлоты, кровля мерзлоты

Криолитозона играет важную роль в глобальных изменениях климата, балансе парниковых газов, изменениях арктических экосистем и условий природопользования в арктических регионах. [Hinzman et al., 2005; Romanovsky et al., 2010 и др.]. В связи с этим в последние десятилетия проблема деградации мерзлоты при потеплении климата в Арктике стала приоритетной. Потепление климата в западном секторе Российской Арктики фиксируется после 1970 г. Здесь наблюдается повышение температуры воздуха в среднем для региона на 2.8 ^оС и увеличение продолжительности теплого периода, изменение количества атмосферных осадков, возрастание толщины снежного покрова [Павлов, Малкова, 2005].

Вследствие комплексного воздействия климатических факторов на мерзлые толщи в последние 40-50 лет повышается температура многолетнемерзлых пород (ММП), увеличивается мощность сезонно-талого слоя [Васильев и др., 2008]. В научной литературе преимущественно приводятся данные о повышении температуры мерзлых пород, южной границе их распространения, но практически отсутствуют реальные сведения о деградации криолитозоны.

Здесь мы анализируем результаты наблюдений за температурой мерзлых пород и их физическим состоянием на восьми геокриологических стационарах, охватывающих доминантные ландшафты в криолитозоне типичной тундры, южной тундры, лесотундры и северной тайги, – мыс Болванский и Кумжа (устье Печоры), Воркута (по данным Д.А. Каверина [Каверин и др., 2017]), Марре-Сале (Западный Ямал), северный и южный Уренгой, Надым и Тарко-Сале. Рассматривается наиболее критический вариант деградации криолитозоны, когда температура пород достигает 0 ^оС и начинается оттаивание мерзлых толщ сверху.

Длительные наблюдения за температурой многолетнемерзлых пород (ММП) в скважинах глубиной 10 м, в некоторых случаях до 15 м, позволяет проследить временной ход среднегодовой температуры ММП в доминантных ландшафтах основных биоклиматических зон на фоне потепления климата (Рис. 1).

Как видно из рисунка, вслед за повышением температуры воздуха наблюдается повышение среднегодовой температуры ММП во всех биоклиматических зонах. Скорость повышения среднегодовой температуры ММП в зоне типичной тундры составило 0,056 ^oC/год, в зоне южной тундры – 0,04…0,05 ^oC/год, в зоне лесотундры – 0,045 ^oC/год и в зоне северной тайги – менее 0,03 ^oC/год.  В зоне северной тайги в некоторых ландшафтах среднегодовая температура пород стала положительной, здесь наблюдается опускание кровли мерзлоты на 4-6 м по сравнению с началом наблюдений. Опускание кровли на 8 -10 м наблюдается и в зоне лесотундры на хорошо дренированных ландшафтах. В южной тундре среднегодовые температуры ММП приблизились к температуре фазовых переходов, но перешли ее только в самой верхней части разреза (не глубже 1 м). В зоне типичной тундры величины среднегодовой температуры ММП еще далеки от критических значений, и опускания кровли мерзлоты не наблюдается.

Анализ данных по среднегодовым температурам ММП, температурам в сезонно-талом слое и физическом статусе пород позволяет оценить состояние криолитозоны применительно к западной части Российской Арктики. Криолитозона типичной тундры характеризуется низкими среднегодовыми температурами ММП и обычными величинами сезонного оттаивания. Здесь можно считать мерзлоту устойчивой. В южной тундре наблюдается приближение среднегодовых температур ММП к критическим значениям, в некоторых ландшафтах в верхней части разреза наблюдается ее переход к положительным величинам. Можно говорить, что здесь криолитозона находится на пороге деградации. В лесотундре среднегодовые температуры пород близки к температуре оттаивания или даже перешли к положительным значениям в верхней части разреза. В этой биоклиматической зоне началась деградация мерзлоты в дренированных ландшафтах и опускание ее кровли, вплоть до глубины 7-10 м (Рис. 2). В зоне северной тайги среднегодовые температуры находятся вблизи 0 ^оС, в верхних частях разреза они стали положительными. Здесь наблюдается активная деградация мерзлоты и опускание кровли до глубины 4 м.

Потепление климата вызвало и другие изменения в термическом режиме криолитозоны. Во всех биоклиматических зонах и во всех ландшафтах наблюдается сокращение амплитуды колебаний температуры на всех глубинах в пределах слоя годовых колебаний температуры. В качестве примера на Рис. 3 приведен ход температуры ММП на глубине 5 м в зоне типичной тундры.

Как видно из рисунка, наблюдается сокращение амплитуды температуры ММП после 2006 г. за счет сокращения минимальных значений. Известно, что амплитуда на любой глубине в пределах слоя годовых колебаний температуры пропорциональна амплитуде на поверхности и обратно пропорциональна величине снежного и растительного покровов и влажности грунтов сезонно-талого слоя.

            Анализ суточных температур воздуха показал, что амплитуда температур воздуха, начиная с 1970-х годов, остается практически неизменной и составляет около 56 ^оС. Снежный покров в этот же период увеличился с 20 см до 55-70 см.  Растительный покров откликается на потепление климата увеличением высоты растительности и возрастанием проективного покрытия. Наблюдения показали, что высота важнейшей компоненты растительного покрова (сфагнума) возросла с 2 см (1978 г.) до 6 см (2018 г.), проективное покрытие увеличивалось с 16 % до 24 %. Суммарное содержание влаги в сезонно-талом слое изменялось мало и разнонаправленно.

Итак, главными причинами сокращения амплитуды температуры ММП являются возрастание величины снежного покрова и приращение моховой растительности. Снижение амплитуд температуры ММП неизбежно должно привести к сокращению глубины слоя нулевых годовых амплитуд, однако пока количественные данные этого показателя не получены.

Таким образом, анализ полученных данных и оценка современных трендов эволюции криолитозоны Западной Арктики за последние почти 50 лет показали, что здесь происходят критические изменения в мерзлоте вплоть до оттаивания мерзлоты сверху до глубины 4-10 м. В разных биоклиматических зонах деградация мерзлоты происходит по разному: в северной и типичной тундре деградация мерзлоты практически не происходит, в южной тундре процесс деградации только начался и будет развиваться в ближайшие десятилетия, в лесотундре и северной тайге происходит активная деградация мерзлоты, опускание ее кровли и переход ранее мерзлых пород в талое (не мерзлое) состояние. При этом резко снижается несущая способность и устойчивость фундаментов зданий и сооружений, возникают риски недопустимых деформаций и даже разрушения конструкций. На основе наблюдений создана оценочная карта-схема состояния мерзлоты западного сектора Российской Арктики (Рис. 4).

На схеме зеленым цветом выделены регионы, в которых изменения в мерзлоте находятся в приемлемых рамках. Желтым отмечены регионы с начинающейся деградацией мерзлоты и снижающейся несущей способностью оснований и фундаментов. Оранжевым выделены регионы, в которых происходит активная деградация мерзлоты и опускание ее кровли на 4-10 м. Как видно из рисунка, все крупные города Западной Арктики находятся в зоне риска, здесь возможны недопустимые деформации и даже разрушения зданий и сооружений.

Мониторинг температурного режима мерзлых пород на стационарных участках проводится в рамках госзадания, согласно Плану НИР ТюмНЦ СО РАН на 2018-2020 годы, протокол № 2 от 08.12.2017 г. Анализ и интерпретация трендов, условий и темпов деградации мерзлоты выполнены при поддержке гранта РФФИ 18-05-60004, изучение влияния климатических изменений на растительный покров поддержано грантом РФФИ 18-55-11005, изучение закономерностей развития криогенных процессов выполнено при поддержке гранта РФФИ 18-05-60080.

ЛИТЕРАТУРА

Васильев А.А., Дроздов Д.С., Москаленко Н.Г. Динамика температуры многолетнемерзлых пород Западной Сибири в связи с изменением климата // Криосфера Земли. 2008. Т. XII. № 2. С.10-18.

Каверин Д.А., Пастухов А.В., Новаковский А.Б. Динамика глубины сезонного протаивания тундровых мерзлотных почв (на примере площадки циркумполярного мониторинга деятельного слоя в Европейской России) // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 6. С. 35-44.

Павлов А.В., Малкова Г.В. Современные изменения климата на севере России. Новосибирск, Академ. Изд-во ГЕО, 2005, 80 с.

Hinzman, L.D., Bettez, N.D., Bolton, W.R., Chapin, F.S., Dyurgerov, M.B., Fastie, C.L., Griffith, B., Hollister, R.D., Hope, A., Huntington, H.P. Evidence and implications of recent climate change in northern Alaska and other arctic regions // Climatic Change. 2005. Vol. 72. Is. 3. P. 251-298.

Romanovsky, V., Drozdov, D., Oberman, N., Malkova, G., Kholodov, A., Marchenko, S., Moskalenko, N., Sergeev, D., Ukraintseva, N., Abramov, A.,Vasiliev, A. Thermal state of permafrost in Russia // Permafrost Periglacial Process. 2010. Vol. 21. Is. 2. P. 136-155.

CONTEMPORARY TRENDS OF THE PERMAFROST EVOLUTION IN WESTERN RUSSIAN ARCTIC UNDER CLIMATE CHANGES

 ¹ Institute of the Earth’s Cryosphere of Tyumen Scientific Center of SB RAS

² Tyumen State University

³ Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography

The results of long-term monitoring at eight geocryological stations in the western sector of the Russian Arctic are presented. The increase in the mean annual air temperature is about 2.8 °С (1970-2018). Recent data of the mean annual temperature in the active layer and Permafrost in all dominant landscapes of typical tundra, southern tundra forest-tundra and northern taiga zones is obtained. Proposed to distinguish three stages of permafrost stability in connection with climate warming – stable, unstable and active degrading Permafrost

Keywords: permafrost, ground temperature, permafrost degradation, permafrost table

Ссылка на статью:

Васильев А.А., Никитин К.А., Стрелецкая И.Д., Облогов Г.Е., Задорожная Н.А. Современные тренды эволюции криолитозоны Российской Арктики при климатических изменениях // Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. 2019. Выпуск 6. С. 16-20. doi:10.24411/2687-1092-2019-10603