В мае 2020 года заканчивается второй (промежуточный) этап изучения динамики арктических берегов. Исследования проводит коллектив лаборатории геоэкологии Севера географического факультета МГУ в рамках проекта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) №18-05-60300 «Термоабразия морских берегов Российской Арктики».
Ученые планируют получить максимально полную качественную и количественную характеристику процесса разрушения морских берегов Арктики, раскрыть его механизм, определить степень влияния глобальных климатических изменений и локальных техногенных нарушений, как в масштабе всей Российской Арктики, так и на ключевых участках хозяйственного освоения. Проще говоря, по итогам проекта исследователи смогут понять, где, почему и с какой скоростью отступают берега в Арктике, какие из участков наиболее опасны в будущем, и как будет выглядеть побережье Северного Ледовитого океана через несколько десятков лет.
Практически все морское побережье Российской Арктики находится в зоне вечной мерзлоты, причем примерно на половине его протяженности берега сложены многолетнемерзлыми грунтами с высоким содержанием льда – от 20 до 50%, а на отдельных участках, в Восточной Сибири, где распространен так называемый «ледовый комплекс» — и до 80-95%. Несмотря на короткое северное лето в береговой зоне, где имеет место контакт с атмосферой и гидросферой, все процессы и явления, сопровождающиеся оттаиванием мерзлоты, происходят достаточно быстро. При этом, ведущим процессом здесь является термоабразия, по определению, процесс разрушения берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами или льдом. Именно в береговой зоне льдистые мерзлые грунты подвержены не только тепловому воздействию воздуха и воды, но и периодическому механическому воздействию морских волн.
— Берега Северного Ледовитого океана, подверженные термоабразии, разрушаются со скоростью от 1 до 5 м/год, а в отдельных случаях и на ряде участков и до 10 м/год. — рассказывает руководитель проекта РФФИ профессор РАН, руководитель лаборатории геоэкологии Севера географического факультета МГУ Станислав Огородов. — В результате Россия ежегодно теряет несколько сотен квадратных километров своей территории. По площади эти потери сопоставимы с размером маленького европейского государства, такого, например, как Княжество Лихтенштейн.
Поскольку хозяйственное освоение в Арктике, главным образом, концентрируется на берегах: здесь строятся порты, береговые нефтенакопительные терминалы, газоперерабатывающие заводы, через береговую черту прокладывают подводные трубопроводы и кабели связи, — научные знания о скоростях развития термоабразионного процесса, его механизме, в том числе в свете климатических изменений, имеют приоритетное значение для планирования деятельности в полярных областях и обеспечения безаварийного функционирования инфраструктуры.
Проект выполняется в научно-исследовательской лаборатории геоэкологии Севера географического факультета МГУ. Лаборатория имеет давние традиции исследования берегов криолитозоны и обширную, особенно в западном секторе Российской Арктики, сеть мониторинга динамики берегов и сопутствующих криогенных процессов.
В течение первого года проекта были составлены аналитический обзор и база данных о динамике термоабразионных берегов Российской Арктики, собранная по результатам анализа литературы и многолетних наблюдений коллектива лаборатории геоэкологии Севера. Сеть мониторинга динамики термоабразионных берегов была заложена сотрудниками лаборатории геоэкологии Севера на ключевых участках нефтегазового освоения Карского и Печорского морей еще в 1980-х годах. База данных должна стать основой для верификации модели динамики термоабразионных берегов на фоне климатических изменений.
В последнее десятилетие область мониторинга расширилась вплоть до Чукотки, одновременно сильно трансформировались методы наблюдений в сторону более широкого использования разновременных аэрокосмических материалов высокого разрешения. Финансирование по проекту РФФИ 18-05-60300-Арктика позволило на начальном этапе проекта закупить современные приборы и выполнить летом-осенью 2018 и 2019 гг. серию натурных наблюдений на Ямале, Таймыре и Чукотке, в том числе с применением беспилотного летательного аппарата (БПЛА). К настоящему моменту накоплен статистически значимый ряд наблюдений за пространственной и временной изменчивостью термоабразионных берегов как в естественных условиях, так и с под влиянием человеческой деятельности.
На втором этапе проекта, который завершается в мае 2020 г., ученым МГУ удалось рассчитать изменчивость гидрометеорологического потенциала термоабразии и выполнить ретроспективную оценку влияния изменения климата и ледовитости на термоабразию морских берегов. Оказалось, что в условиях изменений климата, особенно заметных именно в Арктике, в теплый период года граница дрейфующих льдов уходит все дальше на Север, а прибрежная акватория освобождается ото льда на более длительный срок. В результате из-за роста продолжительности термически и динамически активного периода увеличивается продолжительность периода оттаивания мерзлых грунтов и механического воздействия волн на берег. Увеличение длины разгона волн, в свою очередь, обеспечивает рост высоты и продолжительности штормовых нагонов, дополнительно усиливая механическое и термическое воздействие на берега.
— Изменение климата – популярная в настоящее время тема, — продолжает Станислав Огородов. — Часто можно услышать, что в результате потепления деградация многолетней мерзлоты будет происходить экстремально быстро, и нас ожидает катастрофическое разрушение берегов со скоростями чуть ли не десятки метров в год. Действительно, после 2005 года вместе со снижением ледовитости арктического бассейна наши наблюдения фиксируют заметное ускорение отступания берегов, сложенных многолетнемерзлыми грунтами, а на ряде ранее стабильных участков сформировался уступ размыва и началось активное разрушение берега. Да, скорости разрушения берегов криолитозоны увеличились, однако никакой «катастрофы» мы не наблюдаем.
Детальный анализ термического и ветроволнового режимов для ключевых участков, на которых ведется мониторинг динамики берегов, выполненный в рамках проекта РФФИ, показал, что, во-первых, рост продолжительности безледного динамически активного периода частично компенсируется некоторым снижением в Арктике ветро-волновой активности. Во-вторых, оказалось, что термический и волновой факторы разрушения термоабразионных берегов часто работают метахронно. Например, в теплый год, когда берег интенсивно оттаивает, сильные шторма, при которых волны выносили бы в море оттаявший грунт, могут не наблюдаться. И, наоборот, в холодный год, когда береговой уступ остался в мерзлом состоянии, для отступания берега на ту же величину волнового воздействия оказывается недостаточно, чем в случае, если бы береговой уступ, как в теплый год, перед штормом протаял. В обоих примерах потенциал разрушения берега реализуется не полностью.
В течение третьего года проекта исследователи планируют провести моделирование процесса термоабразии для различных сценариев изменения климата и ледовитости арктического бассейна. Кроме того, будет выполнена оценка влияния техногенного фактора на динамику берегов криолитозоны. Строительство инженерных сооружений в береговой зоне арктических морей часто приводит к необратимым последствиям для окружающей среды: нарушение термического и литодинамического режимов запускает триггерный механизм разрушения берегов и способствует развитию термоабразии.
По материалам проекта РФФИ №18-05-60300 «Термоабразия морских берегов Российской Арктики», рук. профессор РАН, д.г.н. С.А. Огородов. Исполнители: к.г-м.н. Алексютина Д.М., к.г.н. Баранская А.В., к.г.н. Белова Н.Г., к.г.н. Кокин О.В., Мазнев С.В., к.г.н. Маслаков А.А., Новикова А.В., д.г.н. Разумов С.О., Шабанова Н.Н.
ИЛЛЮСТРАЦИИ:
Рис. 1. Термоабразионный берег о. Белый, Карское море
Рис. 2. Карта динамики берегов арктических морей
Рис. 3. Схема расположения ключевых участков и даты начала мониторинга динамики берегов Лабораторией геоэкологии Севера географического факультета МГУ в Печорско-Карском регионе
Рис. 4. Полученная по результатам съемки с БПЛА цифровая модель рельефа участка берега п-ова Ямал с наложенной на неё мозаикой из фотоизображений
Рис. 5. Изменение параметров волн и воздействия их на берег в связи с сокращением ледовитости и увеличением длины разгона
Рис. 6. Изменение продолжительности безлёдного периода и ветро-волнового потенциала абразии берегов в Карском море (Ew – энергия ветровых волн, у.е.) в холодный (1979-1987 гг.) и теплый (2003-2019 гг.) климатические периоды.
