Ученые МГУ определили механизм и масштабы разрушения морских берегов Российской Арктики
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.
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.
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.
Автор: Надежда Пупышева, пресс-служба, Географический факультет МГУ www.geogr.msu.ru
Координаты для связи: press.geogrmsu@gmail.com
Автор: Надежда Пупышева, пресс-служба, Географический факультет МГУ www.geogr.msu.ru
Координаты для связи: press.geogrmsu@gmail.com