Береговая зона арктических морей Лаптевых и Восточно-Сибирского является местом проявления разнонаправленных криогенных процессов. Наиболее масштабными процессами являются отступание льдистых берегов под действием термоабразии и термоденудации, а также трансформация субаэральных мерзлых пород в деградирующие субмаринные. Существенно менее распространен процесс аккумуляции и промерзания прибрежно-морских осадков.
Результаты изучения деструктивных криогенных процессов обобщены Ф.Э. Арэ [2]. Однако их связь с многими важными факторами, а также новейшие методы исследований остались вне поля зрения автора. Наиболее полное выявление закономерностей развития рассматриваемых процессов возможно только с помощью современных программных пакетов анализа разновременной аэрокосмической информации, а также математического моделирования эволюции мерзлых пород. Указанные вопросы освещаются в настоящей публикации.
Для изучения динамики протяженных берегов использовался метод топографически точного совмещения разновременных и разномасштабных дистанционных данных с помощью программного пакета ScanEx Image Processor. Измерение величин отступания берегов и дешифрирование ландшафтов береговой зоны проводилось в ГИС-среде MapInfo Professional. Деградация субмаринных ММП изучалась в ходе математического моделирования их эволюции и обобщения фактических данных о распространении и глубине залегания кровли субмаринных мерзлых пород.
Геокриологические условия. В береговой зоне морей и на суше развиты мерзлые толщи сплошного распространения. Среднегодовые температуры береговых отложений составляют -11÷-15ºС, а мощность — 500-700 м [2, с. 249-257; 263-270]. Мощность субмаринных мерзлых пород варьирует от 150-200 до 500-700 м [7, с. 33-35].
На побережьях обнажаются синкриогенные сильнольдистые алевриты ледового комплекса позднего неоплейстоцена с мощными полигонально-жильными льдами в верхней (30-40 м) части разреза. Ледяные жилы имеют ширину 5-8 м и пронизывают всю толщу ледового комплекса. Объемная льдистость отложений достигает 80-90% [2, с. 266]. Высокие (до 25-40 м) берега, сложенные ЛК, часто представляют собой два уступа. Нижний подвержен термоабразии. Верхний разрушается под действием термоденудации, он отделен от нижнего термотеррасой шириной 30-300 м. Термоабразия и термоденудация находятся в тесной взаимосвязи друг с другом, активизируя попеременное отступание обоих уступов.
Не менее льдистыми оказываются берега, сложенные отложениями аласного комплекса голоцена. Высота берегов составляет 8-12 м. Для морских и аллювиально-морских террас высота берега не превышает 3–4 м.
Строение клифов зависит от распределения тектонических структур, имеющих прямое выражение в рельефе. В рифтовой системе моря Лаптевых в морфоструктурах межрифтовых горстов в зоне заплеска волн развиты, как правило, малольдистые отложения. Клифы в рифтовых грабенах сложены целиком ледовым или аласным комплексами. Подошва льдистых отложений здесь уходит под уровень моря на 3,5-10 м [2, с. 50].
Отступание берегов. По скорости отступания берегов Восточная Сибирь первенствует в Северном полушарии. В последние годы в связи с сокращением ледовитости морей Северного Ледовитого океана и ростом температур воздуха скорости отступания льдистых берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского возросли в 1,3-2,9 раза [6, с. 58-64].
Наиболее быстро берега отступают в пределах отрицательных морфоструктур. Так, в областях устойчивых поднятий (п-ов Кигилях, м. Шалаурова, м. Святой Нос), сложенных нельдистыми дочетвертичными породами, скорость отступания составляет 0-0,5 м/год, а на участках опусканий 5-7 м/год за 1951-2000 гг. и 10-13 м/год за 2001-2013 гг. м/год. Среди других факторов важнейшим является льдистость отложений. Берега, сложенные ледовым и аласным комплексами, разрушаются быстрее всех. В ряде случаев берега аласов отступают скорее. Это связано с тем, что объем призмы размываемого грунта для аласного комплекса меньше, чем — для ледового. Для террасированных берегов, сложенных ледовым комплексом, в разрушении которых задействована термоденудация, наибольшее значение имеют суммы положительных температур воздуха, солнечная радиация, характер снегонакопления и экспозиция берега. Среди других факторов наиболее действенными являются волновые процессы при штормах и нагонах, вдольбереговые течения.
Деградация субмаринных мерзлых толщ сверху. Размыв берегов подготавливается деградацией мерзлых пород. Оттаиванию мерзлых донных пород способствуют их засоление и летний прогрев придонных вод, достигающий 10-12°С. Результатом этих процессов является сезонное и многолетнее оттаивание донных пород в интервалах глубин моря 0-2 и 2-7 м соответственно. Периодический вынос оттаявших отложений волнением обусловливает углубление моря на подводном береговом склоне, что стимулирует термоабразию. Волнением выносится меньшая часть оттаявших пород. На подводном береговом склоне оседает от 2/3 до 1/2 от их содержания на клифе, сложенном ЛК. Поэтому мощность деградировавших пород на подводном береговом склоне по мере удаления от берега увеличивается от 1-2 в ста-двухстах метрах от него до 30-40 м в 3-10 км от берега.
Деградация ММП снизу начинается на одно-два тысячелетия позже деградации сверху. Она происходит под действием геотермического потока. Активизация этого процесса происходит, когда температурный профиль мерзлых толщ, ушедших под море при отступании берегов, приходит в соответствие с температурой придонной воды. Для мерзлых толщ мощностью 500-700 м по данным математического моделирования такое время составляет 1500-2000 лет при геотермическом потоке 40-50 мВт/м2 [7, с. 29-38]. Деградация выражается в сокращении мощности мерзлых толщ снизу и трансформации твердомерзлых пород (т.е. сцементированных льдом) в пластично-мерзлые, в которых содержатся как лед, так и незамерзшая вода.
Скорость деградации, также как и отступание берегов, зависит от гео- и морфоструктурного положения. В Усть-Ленском грабене, где подошва ЛК уходит под уровень моря на 10 м, слой оттаявших отложений на подводном береговом склоне у о. Муостах составил за 30 лет (с 1983- по 2013/2014 гг.) 14-18,5 см/год. Оттаивание же малольдистого подстилания, происходило в три раза медленнее (6 см/год) [8]. По нашим представлениям такие условия можно смело приравнять к условиям горстов. Это — деградация сверху. Деградация снизу также зависит от геоструктурного положения, поскольку в рифтовых грабенах геотермический поток в полтора-два раза выше, нежели в горстах.
Вклад деструктивных криогенных процессов в динамику мерзлых толщ оценивался шириной полосы суши, затопленной в последние 5 тыс. лет в ходе отступания берегов. Оценка производилась с учетом палеогеографических данных на основе данных о скорости деградации, рассчитанной для периодов, измеряемых первыми тысячелетиями. Расчеты показали, что береговая линия 5000 лет назад находилась в 25 км от ее современного положения. Более ранние оценки, полученные на основании наблюдаемых ныне скоростей отступания берегов, составляют 30-36 км [1, с. 122-131].
Прибрежно-морское осадконакопление. Процесс современного образования и промерзания прибрежно-морских отложений развит на участках современных поднятий и там, где осадконакоплению способствуют очертания береговой линии. Повышающееся по мере накопления осадков дно моря, попадая в интервал глубин моря менее 2 м, становится объектом сначала сезонного, а затем — и многолетнего промерзания пород. Промерзание осуществляется через припайный морской лед.
Прибрежно-морское осадконакопление развито также на мелководье в открытом море. Роль берега в этом случае выполняют стамухи – торосистые ледяные образования, смерзающиеся с донными осадками и приобретающие неподвижность. На мелководьях прогреваемая придонная вода приводит к протаиванию донных осадков, которые приобретают подвижность. Подвижность реализуется при ветровых нагонах и штормах, когда оттаявшие осадки складируются у ледяных образований, как у береговой черты. Образуется своеобразный сначала подводный, затем — островной бар, который промерзает. Предполагается, что таким путем в 2013 г. образовался остров примерно на том месте, где до 1936 г. существовал о. Васильевский, слагавшийся ледовым комплексом [5, с. 70-73]. Почти такую же специфическую форму имеют многие острова на мелководьях моря Лаптевых. Это свидетельствует об идентичном их генезисе.
Выводы.
- Высокие скорости отступания берегов Восточной Сибири обусловлены преобладанием в их строении высокольдистых четвертичных отложений.
- Основными факторами, влияющими на скорость отступания берегов, являются: неотектоника и морфоструктура, мерзлотно-геологическое строение берегового разреза; продолжительность безледного периода, ориентация берега относительно направления преобладающих нагонов, штормов и течений, воздействие солнечной радиации. Потепление климата и сокращение ледовитости морей с 1990-х гг. увеличили скорости отступания берегов в 1,3-2,9 раза по сравнению со второй половиной ХХ в.
- Деградация субмаринных мерзлых породзависит от положение в гео- и морфоструктуре. Средняя скорость деградации сверху для периодов в первые тысячи лет не превышает 1-2, снизу — 1,5-3 см/год. Наибольшая зафиксированная мощность пород, оттаявших сверху, составляет около 40 м. Снизу за последние 5 тыс. лет мощность ММП могла сократиться на 45-90 м. За этот период берег отступил на 25-30 км.
- Современная аккумуляция и синкриогенное промерзание прибрежно-морских осадков выражается в наращивании берегов и формировании на мелководьях островов, сложенных мерзлыми породами.
Список литературы
- Арэ Ф.Э. Термоабразия морских берегов. М., Наука. 1980, с. 122-131.
- Арэ Ф.Э. Разрушение берегов арктических приморских низменностей. Новосибирск, Гео, 2012, 291 с.
- Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток (ред. Э.Д.Ершов). М., Недра, 1989. 515 с.
- Григорьев М.Н. Криоморфогенез и литодинамика прибрежно-шельфовой зоны морей Восточной Сибири. Автореф….дис. д.г.н., Якутск, 2008, 38 с.
- Гуков А.Ю. Возрождение острова Васильевского. Природа. 2014, № 5, с. 70-73.
- Пижанкова Е.И. Современные изменения климата высоких широт и их влияние на динамику берегов района пролива Дмитрия Лаптева // Криосфера Земли, 2016, Том XX, № 1, с. 51-64.
- Романовский Н.Н., Елисеева А.А., Гаврилов А.В., Типенко Г.С., Хуббертен Х.В. Многолетняя динамика толщ мерзлых пород и зоны стабильности газовых гидратов в рифтовых структурах Арктического шельфа Восточной Сибири (Сообщение 2). Результаты численного моделирования // Криосфера Земли, 2006, т. Х, № 1, с. 29-38.
- Günther F., Overduin P.P., Yakshina I.A., Opel T., Baranskaya A.V. and Grigoriev M.N. Observing Muostakh disappear: permafrost thaw subsidence and erosion of a ground-ice-rich island in response to arctic summer warming and sea ice reduction // The Cryosphere, 9, 2015, р. 151–178.[schema type=»book» name=»РАЗНОНАПРАВЛЕННЫЕ КРИОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ МОРЕЙ ЛАПТЕВЫХ И ВОСТОЧНО-СИБИРСКОГО» description=»Рассматриваются закономерности развития криогенных процессов в береговой зоне морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Подавляющая их часть — термоабразия и термоденудация, приводящие к отступанию льдистых берегов, а также деградация погружающихся под море мерзлых пород – носит деструктивный характер. Меньшая же часть — многолетнее промерзание пород в ходе прибрежно-морского осадконакопления – ведет, наоборот, к наращиванию площадей мерзлых толщ.» author=»Гаврилов Анатолий Васильевич, Пижанкова Елена Ивановна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-19″ edition=»euroasia-science_28.04.2016_4(25)» ebook=»yes» ]