Остров Самойловский, величиной 2x2 км (Рис. 1 а), располагается в южной части дельты реки Лены в зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты. Сам остров можно разделить на две части (здесь и далее геологическое описание дается на основе собственных наблюдений и данных предшественников [Григорьев, 1993; Schwamborn et. al., 2002; Большиянов и др., 2013; Оленченко и др., 2018]). Восточная часть острова представлена поймой и сложена современными аллювиальными отложениями, преимущественно песчаного гранулометрического состава с прослоями алевро-песков с растительным детритом. В отложениях наблюдаются многочисленные флювиальные осадочные текстуры. Рельеф поймы достаточно типичен. На полученных нами данных четко выделяется притеррасовая и прирусловая части с типичными микроформами рельефа. Восточная половина острова представлена отложениями первого надпойменного террасовидного геоморфологического уровня (НТГУ), традиционно выделяемого в пределах дельты. Отложения, залегающие здесь, представлены параллельным, субгоризонтальным или волнистым переслаиванием алевро-песков и полуразложившегося растительного детрита. Генезис этих отложений голоценового возраста дискуссионен. Отличительной особенностью первого надпойменного террасовидного геоморфологического уровня является наличие в отложениях системы синседиментационных полигонально-жильных льдов, которые выражаются в рельефе в виде нескольких разновозрастных и разнопорядковых систем полигональных структур (Рис. 2). Кроме того, в пределах данной поверхности распространены термокарстово-старичные озера, периодически затапливаемые в половодье долины, а также склоны.

    

Наличие на острове НИС «Остров Самойловский», где международный коллектив исследователей выполняет долгосрочный мониторинг климатических изменений, а также геокриологические наблюдения; наличие многолетней базы данных различных наблюдений, свидетельствующей о потеплении приповерхностного грунта, и, как следствие, деградации многолетней мерзлоты; а также относительная доступность данной территории обусловили наш выбор данного острова как полигона для апробации методики детального геоморфологического картографирования с помощью БПЛА. Первый опыт съемки местности с помощью БПЛА был проведен нами во время полевого сезона 2016 года. Результатом съемки стали аэрофотоснимки (размером 500*500 м, с размером пикселя – 5 см; Рис. 1 б), цифровая модель рельефа (ЦМР; получена методом фотограмметрии, размер пикселя – 0,5 м, вертикальное разрешение – 0,5 м; Рис. 1 в) и производные от неё схемы морфометрических показателей. В ходе полевого сезона 2019 года мы повторили съемку и получили аналогичные данные, отражающие актуальное состояние поверхности острова и позволяющие производить сравнение и выявлять основные тренды изменения ландшафта.

Мы уделили особое внимание поверхности первого НТГУ, так как полигональные структуры, располагающиеся здесь, деградируют под воздействием постепенного увеличения температур грунта. Первая составленная нами геоморфологическая карта и методика её составления подробно описана в [Kartoziia, 2019]. Изучаемые полигональные структуры были подразделены на подтипы, исходя из их морфологии, наличия воды в центрах полигонов и в межваликовом пространстве, а также исходя из современных представлений о процессах трансформации полигонов при таянии полигонально-жильных льдов. Проведенное исследование позволило определить площадное распространение территорий, находящихся на различных этапах деградации криогенного рельефа.

В ходе текущего камерального этапа продолжающихся исследований, нами был выполнен ряд сравнительных процедур, для получения предварительных данных о произошедших за три года изменений рельефа. В частности, мы сравнили цифровые модели рельефа и получили карту изменений рельефа (Рис. 4; 5). На её основе можно сделать ряд предварительных выводов, охарактеризованных далее.

    

1) Обращает на себя внимание увеличение высоты на двух участках поймы. В юго-западной части поймы острова увеличение высоты связано с увеличением располагающегося здесь прируслового вала, а также с ростом кустарниковой растительности, произрастающем на нем (здесь и далее наши ботанические выводы подтверждаются д.б.н., г.н.с. ЦСБС СО РАН Лащинским Н.Н., работающем в составе нашего коллектива). Положительный тренд в северной части поймы также обусловлен ростом растительности, однако в данном случае травянистой. Здесь поверхность поймы слабо наклонена в сторону русла протоки и в первую очередь затапливается во время весеннего паводка.

2) Традиционно для подобных исследований, в первую очередь выделяется отступание береговых обрывов под воздействием речных термоэрозионных процессов. Отступление берега составило около 0,5-1 метра за прошедшие три года. Кроме того, наши данные подтверждают постепенное увеличение термокарстово-старичных и собственно термокарстовых озер, располагающихся на острове.

3) Как очевидно следует из представленной схемы, в целом поверхность первого НТГУ острова претерпела понижение на высоту до 1 м. Однако, понижению подверглась не вся поверхность, а локальные участки, которые относились к участкам, находящимся на начальных стадиях деградации полигонального рельефа в 2016 году. Те же участки, что уже находились на конечной стадии деградации – никак не изменились или изменились незначительно. В свою очередь, склоны и периодически затапливаемые долины также не претерпели значительных изменений рельефа.

Необходимо отметить, что в данный момент в нашем распоряжении находится промежуточная, не итоговая цифровая модель рельефа за 2019 год. Её особенностью является присутствие аномальных значений водных объектов, и она нуждается в доработке. Поэтому непосредственно внутри озер и на их берегах наблюдается множество как критически минимальных, так и максимальных значений. В связи с этим, предварительных выводов об изменениях водных объектов мы не делаем. Тем не менее, остальная поверхность острова отображена на изучаемой ЦМР адекватно, что позволяет сделать предварительные выводы.

Таким образом, проведенные нами исследования иллюстрируют, как детальное геоморфологическое картографирование с помощью ГИС-анализа данных с БПЛА, позволило дифференцировать поверхность первого надпойменного террасовидного геоморфологического уровня на ряд участков, относящихся к различным стадиям деградации криогенного рельефа. Так как пространственное разрешение данных дистанционного зондирования (ДДЗ) с БПЛА исчисляется сантиметрами, наши исследования позволили в первую очередь получить высокоточные данные о современном состоянии криогенного рельефа для первого НТГУ в дельте р. Лены, которые можно экстраполировать на значительную часть крупнейшей арктической дельты мира. Более того, разработанная нами методика, может применяться для решения широкого спектра научно-исследовательских и производственных задач, как отмечается в [Kartoziia, 2019]. Также построенная нами геоморфологическая карта используется нашими коллегами при геофизических, геоботанических, почвенных и гидрохимических работах, проводимых на НИС «Остров Самойловский».

Исследования, выполненные нами в текущем году, открывают перспективы для сравнения ДДЗ для выяснения динамики термо-денудационных процессов. Более того, в силу детальности пространственного разрешения данных, полученные оценки обладают высокой точностью и отражают локальные изменения рельефа под воздействием глобальных процессов изменения климата, влияние которых испытывает на себе север среднесибирской Арктики. Актуальность подобных исследований обусловлена возможными дальнейшими изменениями климата при выбросе газов, в настоящий момент заключенных в многолетнемерзлых грунтах. В связи с этим, оценка динамики процессов деградации мерзлоты приобретает особую значимость. Работа выполнена по государственному заданию ИГМ СО РАН при финансировании Министерством науки и высшего образования Российской Федерации

ЛИТЕРАТУРА:

Kartoziia, A. Assessment of the Ice Wedge Polygon Current State by Means of UAV Imagery Analysis (Samoylov Island, the Lena Delta) // Remote Sens. 2019. Vol. 11, 1627.

Schwamborn, G.; Rachold, V.; Grigoriev, M. N. Late Quaternary Sedimentation History of the Lena Delta // Quaternary International. 2002. Vol. 89. P. 119–134.

Большиянов Д.Ю., Макаров А.С., Шнайдер В., Штоф Г. Происхождение и развитие дельты реки Лены. СПб.: изд-во ААНИИ, 2013 г.

Григорьев М.Н. Криоморфогенез устьевой области реки Лены. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 1993. 176 с.

Оленченко В.В., Картозия А.А., Цибизов Л.В., Осипова П.С., Есин Е.И. Геоэлектрическая характеристика побережья острова Самойловский (дельта реки Лена) // Геофизические технологии. 2018. № 4. С. 39-49.

 

---

 

DETAIL GEOMORPHOLOGICAL MAPPING OF PERIGLACIAL LANDFORMS BY USING GIS-ANALYZE OF UAV REMOTE SENSING DATA

^1,2,3Kartoziia А.А., ^1,2,3 Mishina A.

¹ V. S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS

² A. A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS

³ Novosibirsk State University

We repeated UAV-based imaging of Samoylov Island (south part of the Lena river Delta). Early, we got remote sensing data of this island during the 2016 summer. These data allowed carrying out detail geomorphological mapping. Results of 2019 UAV-based imaging, e.g. orthophoto maps and a digital elevation model could be used for estimation of topography changes and reveling of relief dynamic main trends.

Key words: UAV, photogrammetry, geomorphological mapping, ice-wedge polygons, Arctic Centre – Scientific Research station “Samoylovsky Island”.