Эволюция, современное состояние и прогноз развития береговой зоны Российской Арктики (ГЗ)НИР

Evolution, current state and forecast of the development of the Russian Arctic coastal zone

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Эволюция, современное состояние и прогноз развития береговой зоны Российской Арктики (ГЗ)
Результаты этапа: Работы выполнены в рамках Технического задания на выполнение НИР в 2021 году по теме: «Эволюция, современное состояние и прогноз развития береговой зоны Российской Арктики» в полном объеме. Основные результаты, полученные в рамках НИР в 2021 г.: 1. Установлено, что за последние 20 лет на фоне климатических изменений среднемноголетние скорости отступания термоабразионных берегов Печорского и Карского морей увеличились в 1,3-1,7 раза. Кроме того, за этот период примерно 15% от протяженности абразионно-термоденудационных берегов в настоящее время приобрели морфологический облик, более соответствующий типичным термоабразионным берегам, а протяженность аккумулятивных лайдовых берегов, подверженных размыву, увеличилась на 35-40%. 2. На ключевом участке запада Гыданского полуострова, на побережье Обской губы, установлены среднемноголетние скорости изменения положения береговой линии: за 2012-2020 гг. берег отступал со средней скоростью 2,7 м/год, что обусловлено техногенным фактором. Однако после 2017 года темпы отступания берега начали снижаться. 3. Разработана оригинальная морфодинамическая типизация, проведено детальное районирование и картографирование, разработаны карты типов берегов Карского моря масштаба 1:800000 – 1:1500000, охватывающие материковую и островную часть побережья. Выполнена оценка экологической чувствительности берегов Карского моря к разливам нефти и нефтепродуктов на основе международной системы индексов чувствительности ESI (Environmental Sensitivity Index). 4. Для восьми ключевых участков побережья Карского моря рассчитаны скорости перемещения береговой линии за период с 1960-х по 2010-е гг. Изучены геологическое, геоморфологическое и мерзлотное строение данных участков, проанализированы гидрометеорологические условия и их изменение со временем. Рассмотрен вклад различных природных и антропогенного факторов в динамику берегов Карского моря. 5. Разработана методика оценки динамики береговых аккумулятивных форм рельефа барьерного типа по разновременным данным дистанционного зондирования, которая применима для побережья Российской Арктики. 6. Установлено, что в Баренцевом море торосы в основном формируются к югу от Земли Франца-Иосифа (ЗФИ) и в юго-восточной части Баренцева моря (Печорское море), однако они могут так же приноситься из Белого и Карского морей. Стамухи широко распространены в Печорском море. Чаще всего осадка стамух не превышает 4 м, однако иногда их кили могут достигать 18 м при высоте паруса 12 м. По данным редких измерений, большая часть айсбергов имеет осадку от 40 до 81 м при среднем значении 49 м. Максимальная осадка айсбергов, сидящих на мели составила 180 м, тогда как максимальная осадка дрейфующих айсбергов оценивается в 200 м. Размер подводной части современных айсбергов в Арктике в целом может достигать 250 м. Установлено, что в Карском море наибольшая торосистость наблюдается на подходах к проливу Карские Ворота, у входа в Байдарацкую губу, у северной оконечности Новой Земли, на северной окраине моря, где выносной поток льдов сталкивается со льдами трансарктического потока, вокруг Северной Земли, на подходах к проливу Вилькицкого и в северной части пролива. Широко распространены стамухи из местных и принесенных льдов на глубинах до 28 м. Основными районами стамухообразования в юго-западной части моря являются Обь-Енисейское взморье и западное побережье полуострова Ямал. Чаще всего осадка стамух не превышает 16 м, однако иногда их кили могут достигать 28 м при высоте паруса до 15 м. Средняя величина осадки стамух колеблется от 10 до 13 м. Расчетная максимальная высота паруса самых заторошенных районов оценивается около 10 м. Осадка торосов в припае оценивается величиной до 8-10 м. 7. Определено, что наилучшее соответствие моделей изменения уровня моря ICE6G_C VM5a и ICE7G_NA VM7 и натурных данных наблюдается на Мурманском берегу Баренцева моря и Земле Франца-Иосифа. На побережье Белого моря геологические данные расходятся с результатами моделей: они показывают более медленное падение уровня моря по сравнению с моделью. Моделирование с учетом пространственной неоднородности мощности литосферы и вязкости верхней и нижней мантии позволяет получить кривые, в значительной степени соответствующие данным. 8. Проведены полевые работы для реконструкции уровня Печорского моря: бурение отложений лайд, низких поверхностей, затапливаемых в приливы и высокие нагоны, получены колонки отложений. Выполнено бурение дна морского залива, где под новейшими морским осадками обнаружен лайдовый торф, позволяющий реконструировать уровень моря ниже современного. 9. Выполнено моделирование площади распространения морских льдов в Северном полушарии. С использованием модели рассчитаны месячные (март, сентябрь) значения площади морских льдов в Северном полушарии с разрешением по площади 1° × 1°. Выполнено сравнение модельных результатов с исходным массивом спутниковых данных и получены статистические оценки достоверности модели. 10. Выполнено моделирование суммарного баланса массы ледников Альп, охваченных балансовыми наблюдениями и рассчитан оценочный прогноз изменения суммарного баланса массы горных ледников до 2050 г. 11. Выявлено, что на севере Западной Сибири, в региональном масштабе не обнаружено прямой зависимости между наличием пластовых льдов и среднемноголетними скоростями отступления берегов Карского моря, поскольку другие факторы нивелируют эффект ускорения отступания, вызванного таянием пластовых льдов. Однако для конкретных участков побережья и в краткосрочной перспективе наличие пластовых льдов приводит к значительному увеличению скорости термоабразии. 12. Выполнена оценка влияния снежников на температурный режим пород пляжа и берегового уступа на побережье Карского моря. Численное моделирование показало, что появление мощных снежников на пляже может привести к образованию талика под ними. Тип и размер таликов зависят от солености пород, слагающих пляж и береговой склон. Выявлена роль снежников в динамике берегов Карского моря. 13. Установлено, что большинство активных и стабилизировавшихся термоцирков севера Западной Сибири сконцентрированы на Гыданском полуострове, в пределах Гыданской гряды и к северу от неё. Таким образом, как и на северо-западных территориях Канады, термоцирки расположены в пределах предполагаемых границ плейстоценовых покровных оледенений. Однако это не означает ледниковый генезис пластовых льдов и льдистых отложений, которые чаще всего являются причиной развития термоцирков. 14. Установлено, что едомная толща Зеленого Мыса (низовья р. Колыма) непрерывно накапливалась длительное время – дольше других едомных толщ Колымской низменности. Установлено три цикла смены субаквальных условий субаэральными, определена скорость накопления отложений в субаквальные и субаэральные фазы. Реконструкция сумм положительных температур показала, что палиноспектры отражают троекратные колебания условий вегетации. 15. Установлено, что для разреза повторно-жильных льдов Бизон (Низовья Колымы) характерно простое строение (едома накапливалась в довольно однородных фациальных условиях), что позволяет предполагать, что факторы, влияющие на формирование едомной толщи, оставались постоянными. 16. Установлено, что исследованные мощные плейстоценовые сингенетические повторно-жильные льды разреза Батагай, вскрывающиеся в нижней части обнажения Батагайской едомы, формировались 38–47 тыс. лет назад, или примерно 42–49 тыс. кал. лет назад. Также установлено, что основным биомаркером пожаров в отложениях является нафталин и его гомологи. Отсутствие ПАУ с большим молекулярным весом говорит, по всей вероятности, об относительно низкой интенсивности пожаров. 17. Выполнено определение параметров сезонноталого слоя (СТС) на мониторинговых участках приморских равнин Восточной Чукотки. Выявлено, что тренд на увеличение глубины сезонного оттаивания сохранился и в 2021 году, несмотря на погодные условия, изначально препятствовавшие развитию мощного СТС. 18. Проведено детальное исследование обнажений мёрзлых пород, вмещающих пластовые льды, в районе с. Лаврентия (Чукотский полуостров). Криолитологический анализ обнажений и изучение ранее опубликованных работ позволил выдвинуть гипотезу о сложном генезисе изучаемых пластовых льдов. По всей вероятности, залежи образовались по мере промораживания талых водно-леднковых отложений с захватом вод из нижележащего водоносного горизонта. Процесс формирования ледяных тел осложнялся инъекциями подземных вод в промёрзшие пласты с нарушением целостности их залегания. Определены дальнейшие направления исследования пластовых залежей Восточной Чукотки. 19. Выполнено численное моделирование термического режима многолетнемёрзлых пород в пределах подземного хранилища продуктов в с. Лорино, Чукотский АО. Выявлено, что вне зависимости от климатических сценариев, температура пород на уровне нулевых годовых колебаний температуры вырастет всего на 0,5°С, при этом прирост глубины сезонного оттаивания почвы будет достигать 0,2-1,1 м в зависимости от состава грунтов СТС. Прогнозное моделирование показало, что за счёт вклада климатических изменений, тепловой режим подземного хранилища изменится несущественно. В то же время, ошибки в эксплуатации подземного сооружения могут привести к резкому росту температуры пород и обрушению стен и потолка в хранилище. Даны рекомендации по поддержанию рабочего состояния сооружения. 20. Выполнен диатомовый анализ донных отложений озера Мураканского, а также нескольких небольших озер и серии разрезов береговых террас на северо-восточном побережье Онежского полуострова. Реконструированы обстановки осадконакопления за последние 10 тыс. лет, выделены и датированы геоморфологические уровни, отвечающие основным этапам развития рельефа в голоцене, установлена верхняя граница распространения голоценовых морских отложений, а также амплитуда и время развития морских трансгрессий и регрессий. Выявлены свидетельства двух трансгрессий в Белом море (позднеледниковой и среднеголоценовой) и разделяющей их регрессии раннего голоцена. Получены уникальные данные диатомового анализа керна донных отложений, поверхностных донных осадков и материала седиментационных ловушек меромиктического озера Кисло-Сладкое на Карельском берегу Белого моря. Проведено сопоставление новых данных и полученных ранее данных диатомового анализа поверхностных отложений водоемов, находящихся на разной стадии изоляции от моря: от полуизолированных лагун с асимметричными приливами до практически пресных озер с эпизодическими (раз в несколько лет) забросами морской воды в экстремально высокие нагоны. Составлены сценарии формирования диатомовых ассоциаций в отложениях переходной зоны при наличии стадии меромиктического водоема – наименее изученного звена в генетическом ряду «залив - пресное озеро». 21. Обобщены 20-летние исследования устойчивости газопроводов большого диаметра в ландшафтах криолитозоны. Результаты опубликованы в монографии «Взаимодействие газопроводов с ландшафтами севера Западной Сибири». 22. Установлены основные типы и хронология функционирования горной промышленности Российской Арктики с XVII века по конец 1950-х гг. Выявлены основные типы и размеры антропогенного воздействия на бассейн верхнего течения р. Пясины в районе г. Норильска. Составлена геоморфологическая карта участка Западной Чукотки к северу от Певека. 23. Установлено, что в современных документах стратегического планирования разного уровня в АЗРФ проблема климатических изменений и адаптации обозначается формально, конкретных систематизированных и научно обоснованных планов мероприятий в части решения указанной проблемы до сих пор не предложено. Большинство прогнозных индикаторов социально-экономического развития рассчитывается без учета фактора климатических изменений. 24. Установлено, что к преимуществам российских арктических городов в плане устойчивости можно отнести более эффективное использование энергии, лучшее обеспечение медицинским обслуживанием, больший доступ к общественному транспорту и объектам культуры. Тем не менее, арктические города за пределами России добились прогресса в своем стремлении к устойчивости за счет регулярных инвестиций, развития бизнеса, образовательных ресурсов и лучшего управления твердыми отходами. По результатам НИР опубликовано 5 статей в журналах, индексируемых Web of Science, 5 статей в журналах, индексируемых SCOPUS, и 15 cтатей в журналах, входящих в РИНЦ, защищены 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Эволюция, современное состояние и прогноз развития береговой зоны Российской Арктики (ГЗ)
Результаты этапа: 1. Проведен аналитический обзор динамики берегов Северного Ледовитого океана, который выявил, что в настоящее время береговая зона Мирового океана испытывает серьезную нагрузку, обусловленную глобальными климатическими изменениями окружающей среды и локальным техногенным воздействием. В ряде районов Российской Арктики на фоне увеличения термического и волнового воздействия скорость отступания термоабразионных берегов увеличилась 1,3-1,7 раза по сравнению с концом прошлого века, а на участках с техногенным нарушением криогенного и литодинамического режимов – в 2 раза и выше. По итогам дешифрирования разновременных аэрокосмических материалов за последние 50 лет, выполненного в рамках кандидатской диссертации аспиранткой Анной Владиславовны Новиковой (Новикова, 2022; рук. С.А.Огородов), также было установлено, что наиболее высокие среднемноголетние скорости отступания на побережье Карского моря (до 2 м/год) характерны для термоабразионных берегов, сложенных высокольдистыми отложениями с выходами подземных льдов и подверженных воздействию ветровых волн открытого моря; наряду с термоабразионными и абразионно-денудационными берегами, активное отступание береговой линии имеет место и на примерно 35% от протяженности низких аккумулятивных (лайдовых) берегов; с начала XXI века установлена тенденция к ускорению отступания термоабразионных и активизации размыва аккумулятивных берегов, что связано с ростом волнового и термического воздействия и, на отдельных участках – с началом активного хозяйственного освоения. Были определены и проанализированы ряды ветро-волноэнергетического и термического потенциалов динамики арктических берегов, а так же продолжительность и даты начала и окончания безледного периода с 1979 по 2019 гг. для морей Российской Арктики от Баренцева до Чукотского моря и с 1979 по 2021 для западного сектора (от о.Колгуев до м. Харасавэй на Западном Ямале). Суммарный ГМ потенциал термоабразии берегов, сложенных мерзлыми дисперсными породами, значимо возрастает в последние годы во всех районах Россиской Арктики. На всех рассмотренных станциях прибрежно-шельфовой зоны Печорско-Карского сектора Российской Арктики, продолжительность безледного периода статистически значимо увеличилась за период 1979-2021 гг. Темпы изменений составили 10-25 сут/10 лет. Такие тренды, отнесенные к средним оценкам продолжительности безледного периода, свидетельствуют об относительных изменениях в 8-18%/10 лет. Продолжительность безледного периода расширяется как за счет смещения дат начала периода на более ранние сроки, так и за счет смещения дат окончания периода на более поздние сроки. Оба процесса являются статистически значимыми, их темпы оцениваются в -6..-12 сут/10 лет и +1..+13 сут/10 лет для дат начала и окончания периода соответственно. Это соответствует -3..-8%/10 лет и +1..+4%/10 лет. Сумма положительных температур воздуха статистически значимо увеличилась за период 1979-2021 гг. Изменения составили от +8 до +12°С-дней/год. Эти изменения соответствуют 9-20%/10 лет относительно средней оценки за 1979-2021 гг. Ветро-волноэнергетический потенциал статистически значимо увеличился на всех станциях, кроме о. Колгуев и п. Сабетта. В процентном выражении, ветро-волноэнергетический потенциал увеличился на +20+40%/10 лет относительно средней оценки за период 1979-2021 гг. Была выявлена пространственная корреляция скоростей отступания берега для трех ключевых участков Карского моря, а также тот факт, что скорость отступания берега на конкретном профиле определяется особенностью строения и эволюции сегмента берега в целом, а изменения на близких профилях показывают взаимосвязанное поведение. Кластерный анализ показал, что независимо от количества входных данных все результаты условно можно разделить на 12-18 групп, характеризующих различные факторы природной среды. Была исследована динамика западного побережья Гыданского п-ова на ключевом участке в районе терминала Утренний, Салмановское НГКМ. До начала строительства в 2014 году берег был относительно стабилен, после начала строительства размыв резко усилился как за счет прямого воздействия на берег (создание искусственной береговой линии в порту, изъятие материала с пляжей и осушки), так на смежных участках из-за изменения вдольберегового транспорта наносов; средняя скорость отступания за 2012-2020 г. составила 2,7 м в год. Модифицированная методика оценки динамики береговых форм рельефа по разновременным трехмерным данным дистанционного зондирования была применена в исследовании участка термоабразионного берега вблизи пос. Лорино на Чукотском полуострове. 2. Проведено изучение морфологии, динамики и экологической чувствительности берегов арктических морей. Проведено региональное геоморфологическое районирование и разработана оригинальная типизация берегов Баренцева моря, составлена карта типов берегов Баренцева моря масштаба 1:1000000. В развитие многолетних исследований проводилась эколого-геоморфологическая оценка чувствительности морских берегов к разливам нефти. В частности, выполнена детализация и расширен охват карты экологической чувствительности берегов Карского моря к разливам нефти, на основе дистанционных данных выполнена эколого-геоморфологическая оценка берегов арктических архипелагов и побережья полуострова Таймыр Была продолжена разработка интерактивного веб-атласа прибрежно-шельфовой зоны Российской Арктики. Были созданы карты техногенных объектов Печорско-Карского региона и подготовлены пространственные данные для дальнейшей интеграции в веб-атлас. 3. Проводилось исследование рельефа дна и береговой зоны, а также отложений морей западного сектора Российской Арктики – Баренцева и Карского. Было предложено выделять следующие типы рельефа: аккумулятивно-морской, аккумулятивно-ледниковый (моренный), флювиогляциальный, эрозионный, прибрежно-морской. Распространение типов рельефа подчинено общей тектонической обстановке в регионе, однако исходно-тектонический тип рельефа не выделяется. Осадконакопление, склоновые и эрозионные процессы подчиняются общему тектоническому строению региона. Так, например, скорости осадконакопления в пределах Восточно-Новоземельского желоба существенно выше, чем на Центрально-Карской возвышенности. Однако на мезо-уровне эти макроформы не приводят к формированию специфического рельефа в силу низкой современной тектонической активности в регионе и морских условий рельефообразования. Среди форм рельефа на морском дне обнаружены подводные оползни и ледово-экзарационные борозды. Уточнены границы распределения различных фаций донных осадков в Печорском и Карском морях. Отличительной особенностью современных донных отложений Печорского моря является развитие песчаных фаций в западной его части. В северной, более глубокой части Печорского моря, распространены тонкодисперсные осадки – пелитовые и алеврито-пелитовые илы. В Карском море среди донных осадков преобладают тонкие фации – пелитовые илы, что объясняется незначительным привносом терригенного грубообломочного материала в Карский бассейн с суши. Единично в центральной части с поверхности представлены песчаные отложения. В Карском море широко распространены пелитовые илы, перемежающиеся с алевро-пелитами, что говорит о пространственно-временной изменчивости условий формирования отложений. Как правило, на глубине 1-2 м илы переходят в глины. На ряде участков глины имеют характерную брекчиевидную структуру, что свидетельствует о деградации мерзлоты в этих отложениях. Наличие моренных гряд в юго-восточной части Баренцева моря и центральной части Карского говорит о существовании здесь ледника в позневалдайскую эпоху, в то время как южная часть Печорско-Карского бассейна представляла собой низменную сушу с криоаридным субаэральным ландшафтом. Наличие границ размыва в отложениях свидетельствует об этапах регрессии Карского моря, которая могла приводить к полному осушению бассейна в его южной части. Проведено изучение донных отложений в борозде выпахивания, располагающейся перед входом в Байдарацкую губу (Карское море) на глубине около 30-35 м, и на фоновой поверхности дна, ненарушенной ледовой экзарацией, рядом с бороздой. Было установлено, что данная борозда имеет максимальную глубину вреза в «фоновую» поверхность до 3,2 м, максимальную ширину до 35 м и максимально прослеженную длину около 11 км. Данная борозда выпахивания является одной из самых крупных в районе Байдарацкой губы и прилегающего шельфа до глубины 35 м. Изученная борозда выпахивания сформировалась не позднее рубежа XIX и XX вв., т.е. конца Малого ледникового периода. Нижняя граница возраста зависит от средней скорости осадконакопления и конкретной мощности накопленных в борозде осадков. При средней скорости осадконакопления 0,38 см/год и мощности осадков, заполняющих борозду, 80 см. Нижняя граница может быть оценена как 1810 г. Выявлено, что в западном секторе происходит перераспределение интенсивности ледовых воздействий на меньшие глубины, вместе с тем увеличивается риск айсберговых воздействий. В восточном секторе вместе с уменьшением участия в процессах многолетних льдов интенсивность воздействий снижается. 4. Выполнены исследования и проведено моделирование межгодовых и многолетних изменений площади морских льдов в Арктике на основе характеристик инсоляции и массива данных по морским льдам с разрешением по пространству 1х1 градус, и по времени 1 месяц. Выполнен расчет коэффициентов корреляции площади морских льдов в каждой ячейке с инсоляционной контрастностью, отражающей многолетние изменения меридионального градиента инсоляции и переноса радиационного тепла. Для Северного полушария выполнены расчеты инсоляционной контрастности, обобщенно (по областям источника и стока тепла) отражающей изменение интенсивности меридионального переноса радиационного тепла. Определены связи тенденций изменения температуры поверхности океана и приповерхностной температуры воздуха, регулирующей изменения площади морских льдов с инсоляционной контрастностью и, на основе регрессионной модели, выполнен оценочный прогноз изменения отдельных компонентов природной среды. Проведен анализ связи годового хода приходящей на верхнюю границу атмосферы солнечной радиации и годового хода площади морских льдов в каждой ячейке массива и выполнен анализ ближних пространственных и временных связей в массиве ледовых данных. Также рассчитан баланс транзитного облучения окружающего Землю пространства для периода от 3000 лет до н.э. до 3000 г. н.э. Определены особенности изменения площадей районов с разным характером годового облучения (рассчитывалось изменении площади полярных областей, районов, расположенных между северным полярным кругом и тропиком Рака для Северного полушария, южным полярным кругом и тропиком Козерога – для Южного полушария, а также между тропиками и экватором в фазу уменьшения угла наклона оси вращения. Определено смещение полярных кругов в сторону соответствующих полюсов приблизительно и тропиков в сторону экватора на 270 км. Получены количественные оценки изменения зон Земли с различным годовым ходом облучения в фазу уменьшения наклона оси. 5. Было проведено сравнение данных из базы изменений относительного уровня моря, полученной в ходе исследований прошлых лет, с результатами 3D моделирования процессов гляциоизостатической компенсации. Анализ результатов численного моделирования позволил выявить районы, где изменения относительного уровня моря в прошлом наиболее чувствительны к параметрам внутреннего строения Земли. Были составлены карты этой чувствительности. Был проведен анализ морфологии и динамики берегов в областях роста и падения уровня моря, выявлено, что в районах падения уровня моря (Балтийский щит, Новая Земля, Земля Франца-Иосифа) больше доля стабильных и скальных берегов, присутствуют абразионные сегменты, облик рельефа береговой зоны определен скоростью относительного поднятия суши, преобладающими породами и балансом наносов в береговой зоне. В последние годы часть ранее поднимавшихся берегов испытывают замедление падения уровня моря или даже его рост, что приводит к усилению размыва берегов. В районах роста уровня моря в Российской Арктике преобладают термоабразионные и абразионно-термоденудационные берега. На их отступание в большей степени, чем изменения уровня моря, влияет таяние мерзлых пород береговых уступов и увеличение волновой активности из-за увеличения безледного периода и сокращения площади морских льдов. Особенному риску подвергаются низкие лайдовые берега, которые при повышении уровня моря будут все больше затапливаться и размываться с высокими (до нескольких метров в год) скоростями. Кроме того, в рамках этой темы был проведен анализ ключевых участков размывающихся берегов Российской Арктики с помощью разновременных аэрокосмических изображений. Получены скорости разрушения берегов. Проанализировано влияние изменений гидрометеорологических параметров на отступание берегов. 6. Выявлены особенности строения и современной динамики рельефа бассейна Карского моря (материковое побережье, крупные архипелаги и мелкие острова) на основе данных об их геологическом и мерзлотном строении), которые вошли в монографию «Острова и архипелаги Карского моря, полуострова Ямал и Таймыр». Установлено, что главными факторами формирования рельефа в настоящее время на островах, сложенных скальными породами, являются гравитация (определяющая интенсивность склоновых процессов) и таяние ледников, а на островах, сложенных рыхлыми отложениями - распределение и мощность подземных залежей льда. Для обоих типов островов чрезвычайно важен ледовый покров окружающей акватории, определяющий интенсивность и распространение термоабразионных процессов. Реконструированы основные этапы развития природной среды в голоцене в нижнем течении р. Варзуги (Терский берег Белого моря). Исследования в нижнем течении р. Варзуги показало, что этапу заболачивания предшествовали эоловые процессы, наступившие сразу после дегляциации. Формирование торфяной залежи болота Кузоменский мох началось около 8000 л.н. Получены новые данные о строении голоценовых отложений Зимнего берега Белого моря (устье р. Мегра, оз. Средняя Треть). Зафиксированы следы позднеголоценовой трансгрессии, раннеголоценовой регрессии и последующей трансгрессии среднего голоцена. По данным диатомового анализа, морские отложения голоценового возраста в изученных разрезах отсутствуют, что подтверждает сделанные ранее оценки высоты верхней морской границы в данном регионе в голоцене на отметках не более 4 м над уровнем моря. Обобщены результаты комплексных исследований поздне- и послеледниковых отложений центральной части Онежского полуострова: кернов донных отложений озер Мураканское и Малое Мураканское, серии разрезов прибрежных торфяников. На основе литологического, геохимического, радиоуглеродного и диатомового анализов и георадарного профилирования выполнены оценки времени развития и амплитуды двух трансгрессивных и двух регрессивных фаз (позднеледниковая трансгрессия, раннеголоценовая регрессия, среднеголоценовая трансгрессия, позднеголоценовая регрессия), рассчитаны скорости изменения относительного уровня моря за последние 7,5 тысяч лет. Получены предварительные данные распределения диатомовых ассоциаций в керне донных отложений меромиктического озера Еловое (Карельский берег Белого моря). Наблюдается закономерная смена диатомовых ассоциаций, отражающая этапы изоляции водоема от моря: морской залив – полуизолированная лагуна с асимметричными приливами (аналог изученного ранее меромиктического озера Кисло-Сладкое, Карельский берег Белого моря, находящегося на более ранней стадии изоляции) – меромиктическое озеро с почти пресным поверхностным слоем и эпизодическим проникновением морских вод в результате сильных штормов и экстремальных нагонов. 7. Продолжено комплексное изучение (датирование, геохимический и микропалеонтологический анализы) пластовых льдов, ПЖЛ и других ледяных образований Российской Арктики: - Была проведена оценка результатов радиоуглеродного датирования из сингенетических повторно-жильных льдов микровключений органического материала, представленного органической пылью. Выполнено датирование микровключений органического материала в образце из верхней части плейстоценового сингенетического повторно-жильного льда, вскрытого в обнажении Вилюйской едомы, расположенной на севере Якутии, вблизи поселка Кысыл-Сыр. По изотопным данным рассчитана среднеянварская палеотемпература воздуха позднего плейстоцена от 22 до 23 тыс. кал. лет назад для Вилюйского разреза. - Детально изучены биогеохимические особенности торфяного покрова пальза на северо-востоке Большеземельской тундры (67°16′ с.ш., 63°39′ в.д.). В торфе определено содержание углерода и азота, а также изотопный состав углерода. Полученные результаты указывают на высокую степень обводнения массива Елецкий в целом в процессе аккумуляции торфа и преимущественно анаэробные условия его разложения. - Палинологический анализ пластовых льдов позволил выявить ряд характерных особенностей для пластовых льдов Ямала: в большинстве пластовых льдов встречаются пыльцевые спектры с характеристиками, близкими к характеристикам субфоссильных тундровых палиноспектров. Пластовые льды часто содержат дочетвертичные палиноморфы, переотложенные из древних отложений, пыльцу гидрофильных растений, диатомовые водоросли. - Проведено исследование наледных льдов, расположенных в 10 км выше по течению пос. Кысыл-Сыр в Вилюйском улусе Якутии. Палинологическое изучение показало, что изменения состава палиноспектров не соответствуют выраженной в наледи слоистости, тем не менее состав палиноспектров в нижней и верхней части наледи различен, поскольку на первой стадии наледь формируются из речной воды, а во вторую половину зимы, когда реки на перекатах полностью перемерзают, наледь питается подрусловыми и береговыми грунтовыми водами. - Палинологическое исследование образцов повторно-жильных льдов датированных по радиоуглероду позволило определить содержание углерода и азота, а также отношения этих элементов в генетических горизонтах почвенного покрова, едомных отложениях и в сингенетических повторно-жильных льдах верхнего едомного комплекса Батагайского мегаоврага. - Произведена оценка датированных по радиоуглероду образцов в едомных разрезах долины р.Колымы и Ямала, которое продемонстрировало существенное переотложение органического материала в едомных толщах низовий р. Колыма и в ледяных жилах, однако, на датировании ледяных жил этот фактор сказывается гораздо меньше. Установлено, что часть инверсий радиоуглеродных датировок в разрезе Дуванного Яра связана с наличием псевдотеррас в толще ледового комплекса. - Получены новые данные по подземным льдам Норильского промышленного района, в том числе пластовым льдам долины р. Норильской и повторно-жильным льдам в долине р. Далдыкан. Установлено равномерное распределение содержания стабильных изотопов в пластовом льду как по вертикали, так и по латерали (порядка -18‰ по 18O), что, совместно с результатами структурного анализа льда, свидетельствует о внутригрунтовом формировании ледяного тела в результате промерзания воды из единого источника. Проведено детальное исследование обнажений мерзлых пород, вмещающих пластовые и повторно-жильные льды, в районе с. Лаврентия и Лорино (Чукотский полуостров). Воздушные включения в пластовом льде не содержат избыточного метана, что свидетельствует о погребенном генезисе данной залежи. В современном ростке жилы в с. Лорино обнаружена значительная вариация концентрации метана от 663 до 2394 ppm. В самой жиле, предположительно, голоценового возраста, значения концентрации метана в разных морфологических частях жилы отличаются, однако близки в пределах каждой части. В основном теле жилы концентрации составляют 773 и 600 ppm, что близко к средним значениям в предыдущие годы исследований (1053 ppm). Фрагмент с преобладанием голубого льда обладает более низкими значениями: 225 и 369 ppm. Во льду отмечалось множество мелких пузырьков диаметром менее 1 мм, а также сильно вытянутые пузыри до 5 см. Фрагмент жилы с желтым льдом наиболее насыщен метаном: 5971 и 7249 ppm. Лед рыхлый, с примесями диаметром 1-2 мм. Фрагмент темного льда близок по концентрации метана к белому льду: 1049 и 1001 ppm. Все это свидетельствует о парагенезе образования залежи жильного льда и сложного механизма формирования ледяного тела. Продолжен сбор и комплексный анализ опубликованных, а также накопленных ранее фондовых данных результатов исследований изотопного состава (изотопно-кислородного (О18) и изотопно-водородного (дейтерия) в пробах залежеобразующих подземных льдов разного возраста отобранных из репрезентативных обнажений, а также из керна скважин на территории Севера Западной Сибири и Енисейского Севера. Были продолжены исследования по оценке возможного влияния нивальных и криогенных процессов в бассейне р. Гейзерной на активизацию катастрофических оползневых и селевых явлений в долине реки. 8. Проведена инвентаризация объектов природного и культурного наследия с восстановлением истории их появления и влияния на окрестности. Восстановлены маршруты арктических путешествий некоторых советских писателей (наиболее подробно - И.С. Соколова-Микитова, Б.Л. Горбатова, Э.Л. Миндлина, И.Л. Сельвинского, А.П. Казанцева), выявлена история создания произведений на арктическую тему и их путь к читателю. Работа основана на архивных материалах, многие из которых впервые вводятся в научный оборот. Реконструирована история орнитологических исследований в бассейне Карского моря. Впервые выявлено и систематизировано множество неизвестных подробностей истории орнитологических исследований в бассейне Карского моря 9. Разработан концептуальный подход к оценке вероятных эффектов от климатических изменений на параметры социально-экономического развития регионов Арктической зоны Российской Федерации. В результате исследования получена оценка степени восприимчивости ключевых отраслей экономики Арктической зоны Российской Федерации к климатическим изменениям, предложена классификация положительных и отрицательных экономических эффектов от потепления климата в разрезе отраслей специализации экономики регионов Арктической зоны Российской Федерации, осуществлена их пространственная проекция, на концептуальном уровне обоснован подход к оценке вероятных эффектов от потепления климата. Предварительные расчеты, основанные на оценке баланса климатообусловленных издержек и дивидендов в отраслевом и территориальном приложениях, показали, что накопленные экономические последствия изменения климата в целом для экономики Арктической зоны Российской Федерации в период 2020–2050 гг. наиболее вероятно будут отрицательными и оценены в сумму более 8 трлн. руб. (в ценах 2021 года), что в среднегодовом выражении составляет порядка 3% всего ВРП Арктической зоны Российской Федерации. Предложена методика оценки вероятных ущербов от деградации многолетней мерзлоты для жилищного фонда, а также зданий и сооружений основных отраслей экономики по муниципальным образованиям Арктической зоны Российской Федерации. Расчеты показали, что всего в пределах криолитозоны Арктической зоны Российской Федерации оценочная стоимость зданий и сооружений составляет порядка 133,5 млрд долл. США (в ценах 2020 г.). Результаты были интегрированы с прогнозами геокриологических изменений до середины XXI века. Величина ожидаемого ущерба для жилищного фонда и существующих в настоящее время зданий и сооружений экономики при худшем сценарии оттаивания многолетней мерзлоты составляет порядка 5–7 трлн рублей (в ценах 2020 г.). Также особое внимание было уделено проблеме устойчивости инфраструктуры ключевой отрасли Арктической зоны Российской Федерации – топливно-энергетического комплекса. Проведена оценка влияния природных ландшафтных факторов на уровне урочищ в криолитозоне и зональных факторов на уровне климатических поясов (нивального, гумидного и аридного) на коррозию стальных газопроводов. Рассмотрены проблемы оценки коррозионной агрессивности грунтов урочищ нивального пояса криолитозоны. Подготовлена монография «Коррозия газопроводов России в различных ландшафтах и природных зонах», написанная по материалам исследования подземной коррозии магистральных газопроводов на территории России. Книга направлена на создание более совершенной системы диагностики и мониторинга коррозионных участков трубопроводов России.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Эволюция, современное состояние и прогноз развития береговой зоны Российской Арктики (ГЗ)
Результаты этапа: Основные результаты, полученные в рамках НИР в 2023 г.: 1. Продолжены работы по изучению динамики берегов Российской Арктики: Проведен анализ космических снимков и сделан обзор скоростей разрушения термоабразионных берегов Карского моря, составлена карта рисков, связанных с термоабразией берегов, а также дан прогноз изменения скоростей термоабразии берегов Карского моря в будущем, сделана карта прогноза рисков, связанных с термоабразией. Оценено влияние геоморфологических, геокриологических и климатических факторов на пространственно-временную изменчивость динамики берегов. Выполнен детальный анализ динамики берегов Харасавэйского участка по 10 космо-/аэро- фотоснимкам (1964-2022 гг.) сверхвысокого пространственного разрешения (от 5 до 0,4 м). Полученные скорости были сопоставлены с геоморфологическим и литологическим строением территории, а также с изменением ветро-волновых и термических условий за разные временные периоды. Проведен кластерный анализ данных по скоростям отступания для выявления участков, скорости отступания которых наиболее коррелируют с изменением гидрометеорологического потенциала. На основе анализа разновременных спутниковых снимков высокого разрешения и материалов полевых исследований получены оценки динамики низких аккумулятивных берегов Обской губы Карского моря на участках хозяйственного освоения за последние 50 лет. Выполнено геоморфологическое районирование и характеристика берегов моря Лаптевых. Проведены работы по оценке интенсивности развития опасных процессов в рамках мониторинга берегов и дана прогнозная оценка развития береговой зоны в условиях повышения уровня Мирового океана. Продолжены работы по оценке чувствительности и картографированию берегов арктических морей к разливам нефти и подготовке к печати коллективной монографии «Экологический атлас. Карское море». Для берегового участка протяженностью 750 м в пределах с. Лорино (Восточная Чукотка), был построен ортофотоплан и цифровая модель местности (ЦММ) с разрешением 3 см/пикс. Выполнено сопоставление полученных сведений с результатами съёмки за 2021 год, который показал, что в среднем за последние 2 года участок берега отступал со скоростью 1,2 м/год, что соответствует среднемноголетним значениям за последние 10 лет. Сопоставление полученных результатов с вариациями ветроэнергетического потенциала за период 1979-2021 гг. не выявило высокого коэффициента детерминации между двумя параметрами, что свидетельствует о более сложном взаимодействии в системе «суша-море» на данном береговом участке. Анализ драйверов, определяющих интенсивность береговых процессов, показал, что на целом ряде ключевых участков мониторинга арктического побережья России на фоне потепления климата произошло усиление метахронности термического и волнового воздействия, что привело к неполной реализации потенциала термоабразии. Так, для Харасавэйского промышленного участка (Западный Ямал) протяженностью 22 км, несмотря на увеличение продолжительности безлёдного периода в два раза за последние 40 лет и рост длины разгона волн, прогнозируемого некоторыми исследователями многократного ускорения разрушения берегов не зафиксировано. Выявленный прирост суммарной волновой энергии за безледный период компенсирован снижением повторяемости экстремальных штормовых событий или более ранним их возникновением, когда отложения уступа находятся в мерзлом состоянии. Таким образом, в отсутствии достаточной волновой переработки и периодического удаления материала с подножия берегового уступа термоденудационный процесс замедляется, и берег стабилизируется. 2. Проведено изучение опасных геоморфологических процессов, в том числе связанных с многолетнемерзлыми породами, на Ямале и Гыдане. Изучено пространственное распространение мерзлотного пучения, и других процессов, включая, такие редкие, как карст (в пределах ЯНАО находится самый северный карстовый район в мире). Исследована термоэрозия, широко распространенная в ЯНАО благодаря наличию многолетнемерзлых пород на подавляющей доле его площади. Дана прогностическая оценка рисков развития термоэрозионных процессов в контексте наблюдаемого потепления климата для территории Ямало-Ненецкого автономного округа. Анализ спутниковых снимков Google Earth и сведения о геолого-геоморфологических особенностях региона применены для районирования территории с точки зрения динамики и опасностей проявления термоэрозии. Результатом исследования стало составление карты ЯНАО по категориям рисков, связанных с термоэрозионными процессами. Показано, что в перспективе нескольких десятилетий более 50% площади региона подвержены интенсификации термоэрозионного разрушения грунтов, что требует тщательного планирования хозяйственного освоения и проектирования защитных сооружений. 3. Получены новые результаты лабораторных исследований отложений, пластовых льдов, ПЖЛ и других ледяных образований Российской Арктики. Проведено изучение колебаний значений С, N, δ13С , С/N и вариаций палиноспектров в выпуклобугристых и полигональных торфяниках (пальза у пос. Елецкий в 52 км к югу от Воркуты, литальза в долине р. Сенца, на юго-востоке Восточного Саяна на Окинском плато и литальза у пос. Преображенка в Забайкальском крае в прибрежной зоне оз. Арахлей в Беклемишевской котловине). Изучены и датированы пластовые ледяные тела Чукотского полуострова, уточнено их происхождение. Проведено детальное исследование (датирование, изотопный и геохимический анализы) обнажений мёрзлых пород, вмещающих пластовые и повторно-жильные льды, в районе с. Лаврентия и Лорино (Чукотский полуостров). Полученные результаты хорошо согласуются с данными по раннеголоценовым жилам других районов восточного побережья Чукотки: город Анадырь и пос. Уэлен. Проведены лабораторные исследования монолитов подземных льдов, которые позволили разделить их на группы по условиям формирования: при медленном промерзании вмещающих отложений росли чистые крупнокристаллические льды; слоистые льды с большим количеством грунтовых включений формировались при более динамичных условиях промерзания. Выполнен анализ состава газов в воздушных включениях пластовых льдов побережья Восточной Чукотки, который показал, что на относительно компактном участке присутствуют пластовые льды, имеющие как погребённый, так и внутригрунтовый генезис. Такая закономерность подтверждает крайне высокую пестроту палеогеографических событий, происходивших здесь в позднем плейстоцене и голоцене (оледенение, криохроны, морские трансгрессии и регрессии), однако данный вывод следует сопоставить с существующими представлении о развитии криолитозоны региона. Проведено изучение строения котловины и донных отложений молодого приледникового озера Бретъёрна (Ледовое), располагающегося на побережье кутовой части Грён-фьорда (Западный Шпицберген). С учётом возраста и гранулометрического состава вскрытой осадочной толщи выделяется два периода с разными условиями осадконакопления: 1) отступание ледника Грёнфьорд с акватории будущего озера приблизительно с конца 1930-х годов и до 2000 г.;2) потеря контакта озера с ледником с 2000 г. Выполнен диатомовый анализ серии разрезов голоценовых и поздненеоплейстоценовых отложений побережья Белого моря на нескольких ключевых участках в пределах Терского берега и Зимнего берега. Полученные данные свидетельствуют, что отложения Зимнего берега Белого моря, в отличие от Терского берега, формировались в среднем и позднем голоцене в условиях малоамплитудных изменений уровня моря и повышенного влияния на развитие водоемов процессов эолового переноса вещества в береговой зоне. Обобщены результаты диатомового анализа донных отложений меромиктических водоемов Карельского берега Белого моря. Составлены сценарии формирования диатомовых ассоциаций в отложениях переходной зоны при наличии стадии меромиктического водоема, которые могут быть использованы в палеолимнологических исследованиях, в том числе при реконструкции изменений уровня моря методом изолированных бассейнов. 4. Проведено исследование рельефа дна Карского моря. По материалам съёмок дна в ходе рейсов НИС прошлых лет и составленных по ним цифровых моделей рельефа (ЦМР) дна было проведено дешифрирование ледово-экзарационного рельефа дна. Обработан большой массив данных о параметрах ледовых борозд, что позволило классифицировать их по размеру и глубине распространения, проанализировать их ориентировку. Максимальные размеры борозд уменьшаются с СЗ на ЮВ по мере удаления от источников айсбергообразования на Новой Земле, реже – на Земле Франца-Иосифа. В распределении борозд по глубинам моря небольшой пик наблюдается на глубинах 20–40 м и относится к юго-восточной части изученного района (Байдарацкая губа и прилегающие части Карского моря). Ориентировка борозд в целом соотносится с основными направлениями дрейфа айсбергов. Основным направлением борозд выпахивания в юго-западной части Карского моря является субмеридиональное. Отмечена высокая неравномерность распространения борозд выпахивания. Продолжена работа по исследованию влияния изменений климата на интенсивность ледовых воздействий. Разработана новая технология оперативного определения торосистости (деформированности) ледяного покрова, основанная на интерпретации данных радиолокационного синтезирования апертуры (SAR, РСА), позволяющая переходить к вероятностной оценке ледовых воздействий на дно в течение ледового сезона. Продолжен анализ базы данных изменений относительного уровня моря в Российской Арктике и ее сравнение с результатами численного моделирования процессов гляциоизостазии: проанализировано изменение уровня моря в геологическом и недавнем прошлом, построены графики изменений относительного уровня в далеком и недавнем прошлом по результатам анализа натурных данных и численного моделирования, проведено сравнение областей поднятия суши под действием процессов гляциоизостатической компенсации и областей, где поднятия суши не происходит. 5. Выполнены расчеты облучения Земли с месячным разрешением по времени и 5-ти градусным широтным зонам по пространству для голоцена. Проведен анализ изменений приходящей солнечной радиации в различные периоды голоцена (по схеме Блитта-Сернандера): получены количественные пространственно-временные характеристики облучения для всей поверхности Земли (для верхней границы атмосферы) для всех геохронологических периодов голоцена (пребореальный, бореальный, атлантический, суббореальный, субатлантический); определены пространственные и временные различия облучения Земли в граничные годы геохронологических периодов голоцена с облучением в 2022 году. На основе марковских процессов исследована межгодовая изменчивость площади морских льдов в Северном полушарии. Выполнены расчеты облучения Земли и окружающего ее пространства на период 5000 в прошлое и 1000 лет в будущее. Определены особенности изменения транзитного облучения Земли на различных высотных уровнях от верхней тропосферы до нижней мезосферы. Исследована физическая природа Североатлантического колебания. Показано, что инсоляционная контрастность является основной причиной определяющей тенденцию глобального потепления климата в современную эпоху. 6. Создана база данных основных гидрометеорологических факторов динамики берегов: мера термического воздействия на берега – годовая сумма положительных среднесуточных температур (так называемый «индекс таяния»); мера механического воздействия – приток ветро-волновой энергии за динамически активный (безлёдный) период; даты начала и окончания, а также продолжительность безлёдного периода. Основная цель создания базы – сбор данных из различных источников для их сопоставления и оценки надёжности. На данный момент БД содержит данные по 26 пунктам российской Арктики от Баренцева до Берингова моря, включая острова крайнего Севера (ЗФИ, Северная Земля, о. Визе, о. Ушакова), районы активного хозяйственного освоения (Байдарацкая и Обская губы). Для температуры воздуха в базе данных доступны 9 рядов данных об индексе таяния: 1 – непосредственно из наблюдений на станциях сети Росгидромета, 7 реанализов (ERA (Clim, Interim, ERA5); NCEP/NCAR, JRA, CFSR, ASR), 1 – среднее по реанализам за перекрывающийся период 1979 – 2022. Для продолжительности безлёдного периода использованы данные наблюдений (станций Усть-Кара, Варандей, Марресаля, Им. Попова (о. Белый), Диксон, Новый Порт Тикси), обзорные и региональные карты ледовой обстановки ААНИИ, продукты спутниковых наблюдений за концентрацией морского льда (2 версии NSIDC, 2 – OSI SAF) и данные реанализов. На основе данных по льду формируется третий раздел БД – о притоке ветро-волновой энергии. Он состоит из двух частей: первая – на основе расчётов гидродинамической модели Wave Watch III, вторая – мера механической энергии (гидрометеорологический потенциал), выраженная в тоннах приходящей воды на погонный метр фронта волны, рассчитанная по методу Попова-Совершаева. 7. Восстановлена история скандинавских исследований в Арктике, которая насчитывает, как минимум, несколько сотен лет.; выявлены малоизвестные детали I-го Международного полярного года и ряда экспедиций под руководством и при участии норвежских исследователей. Собраны и проанализированы архивные документы и рассмотрены основные этапы изменения кадрового состава работников отечественных полярных станций и некоторые аспекты связанных с ними взаимоотношений полярников друг с другом, с вышестоящими (ГГО, ВАИ, ГГУ, ГУСМП) и соседними (аэропорты, порты, горные предприятия, экспедиции и др.) организациями, с местными жителями, с экипажами судов и самолетов. Реконструирована история картографирования Таймыра и Северной Земли в 1730-1950-х гг. Восстановлена история формирования некрополя на высокоарктических архипелагах Западного сектора Арктики. 8. Разработаны подходы к оценке устойчивости различных видов инфраструктуры Арктической зоны РФ в контексте ожидаемых климатических изменений. На конкретных примерах проанализированы причины массовых деформаций инфраструктуры (промышленной, жилой и социальной), построенной в зоне распространения ММП на территории РФ. Даны экономические обоснования необходимости формирования системы фонового и геотехнического мониторинга многолетней мерзлоты в России. Разработаны и апробированы такие параметры, как индекс геокриологического риска, характеризующий изменение несущей способности многолетнемерзлых грунтов, и индекс уязвимости хозяйственных систем, который рассчитывается для различных административно-территориальных единиц как произведение средних значений индекса геокриологического риска и оценочной стоимости расположенной в их пределах инфраструктуры. Разработаны подходы к оценке социальных рисков и методика оценки уязвимости населения городов к потенциальным природным и техногенным опасностям на основании данных сотовых операторов. По результатам НИР опубликовано 22 статьи, из них 9 статей в журналах, индексируемых Web of Science, 16 статей в журналах, индексируемых SCOPUS, и 15 cтатей в журналах, входящих в РИНЦ.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Эволюция, современное состояние и прогноз развития береговой зоны Российской Арктики (ГЗ)
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".