научная статья по теме ГЕОХИМИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ТАЁЖНЫХ И ГОРНЫХ МЕРЗЛОТНЫХ ЛАНДШАФТОВ ЯКУТИИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ГЕОХИМИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ТАЁЖНЫХ И ГОРНЫХ МЕРЗЛОТНЫХ ЛАНДШАФТОВ ЯКУТИИ»

Лёд и Снег • 2014 • № 1 (725)

УДК 551.578.46(571.56)

Геохимия снежного покрова таёжных и горных мерзлотных ландшафтов Якутии

© 2014 г. В.Н. Макаров

Институт мерзлотоведения СО РАН, Якутск makarov@mpi.ysn.ru

Статья принята к печати 75 ноября 2013 г.

Геохимия, криосфера, ландшафты, снежный покров, Якутия.

Cryosphere, geochemistry, landscapes, snow cover, Yakutia.

Исследован снежный покров в разных типах ландшафтов Якутии. Установлено, что химический состав снега таёжных и горных мерзлотных ландшафтов хлоридно-гидрокарбонатный или гидрокарбонатный натриево-кальциевый с небольшим содержанием сульфатов. Преобладающее влияние на формирование химического состава снега оказывают соли континентального происхождения, преимущественно соединения углерода. В ландшафтах горных пустынь, где преобладает региональный перенос, наряду с углеродом, значительная роль в атмосферных выпадениях холодного времени года принадлежит аммонийным соединениям азота. Суммарное поступление растворимых и нерастворимых форм макрокомпонентов в снежный покров снижается при переходе от равнин к горным территориям, но распределение микроэлементов в снежном покрове не подчиняется высотной зональности. Максимальное содержание тяжёлых металлов (Mn, Cu, Pb, Cd), F и Sr в снежном покрове отмечено в ландшафтах горных редколесий и горных тундр. Над зонами разломов наблюдается интенсивная миграция в подошвенные слои снега химических элементов, типоморфных для рудной минерализации: S, F, Cu и Cd.

Снежный покров в Восточной Сибири очень чувствителен к изменениям климата. Ожидается, что в XXI в. температура в этом регионе превысит глобальное среднее значение, а в связи с общим усилением гидрологического цикла увеличится и количество осадков. Изучение химического состава снежного покрова позволяет получить качественные и количественные характеристики сухих и влажных выпадений из атмосферы в холодный сезон [1]. Снег — удобный индикатор химического загрязнения атмосферного воздуха и атмосферных осадков, а также последующего гидро- и литохимического загрязнения ландшафтов. В 2010—2012 гг. для уточнения различных характеристик снежного покрова, лучшего понимания роли снежного покрова в климатической системе Субарктики, более надёжной оценки количества снега в криосфере и изучения его химического состава были проведены снегосъёмки в мерзлотных ландшафтах Якутии, где химический состав снежного покрова ранее не изучался. Основная цель исследования — изучение химического состава снежного покрова широтно-зональных и высот-но-поясных мерзлотных ландшафтов Центральной и Восточной Якутии. Тайга, постоянные антициклоны, рекордно низкая влажность, редкие очаги техногенеза создали в Якутии чистый, сухой и прозрачный воздух, идеальный для изучения геохимии снежного покрова фоновых районов.

Методика исследований

Маршрут, протяжённостью 800 км, начинался к востоку от г. Якутск, пролегал вдоль федеральной автотрассы «Колыма», пересекал таёжные и горные мерзлотные ландшафты и заканчивался в Оймяконе — самом холодном населённом пункте на Земле. В 1926 г. академиком С.В. Обручевым в Оймяконе была вычислена температура, равная -71,2 °С. В районе трассы маршрута находятся две станции многолетних метеорологических наблюдений (ГМС): Якутск и Оймякон. Трасса маршрутных наблюдений пересекает восточную часть Центрально-Якутской таёжной низменной равнины, южную часть Верхоянской цепи Вер-хояно-Колымской горно-складчатой области и Яно-Индигирского гольцового тундрово-таёжно-го нагорья, а также районы распространения широтно-зональных (среднетаёжный) и высотно-по-ясных (горно-пустынный, горно-тундровый и горно-редколесный) типов мерзлотных ландшафтов [7]. Перепад высот в местах отбора проб снега по маршруту составил 1101 м — от 90 м до 1191 м (рис. 1). Пункт наблюдений с максимальной абсолютной отметкой (2440 м) находился в стороне от маршрута - в районе гор Мус-Хая (Ледяная гора).

Расстояние между пунктами наблюдений по маршруту составляло 50 км. Участки наблюдений располагались в типичном ландшафте, на расстоянии 150-200 м от автодороги. Общее число пунк-

Рис. 1. Схема маршрута Якутск — Оймякон: 1 — маршрут исследований; 2 — пункты наблюдений Fig. 1. Survey route, Yakutsk to Oymyakon. 1 — route studies; 2 — observation points

тов наблюдений — 58. В каждом пункте проводилось 5—6 измерений толщины снежного покрова и определений его плотности с использованием цилиндрического пробоотборника с поперечным сечением 0,005 м2; измерялась также температура воздуха и снега (на поверхности и на почве). Для химического анализа на пыль и ионы отбирались пробы на всю толщину снежного покрова. Химический анализ проб снеговой воды выполнен в лаборатории геохимии криолитозоны Института мерзлотоведения СО РАН (аттестат аккредитации № РОСС RU 0001.518584) аналитиками Л.Ю. Бойцовой, Р.М. Петуховой и О.В. Шепелевой.

Результаты и обсуждение

Ландшафтно-маршрутные исследования ежегодно проводились в марте. Метеорологические показатели холодных сезонов 2010—2012 гг. соответствуют норме в многолетнем ряду [8]. Средняя температура воздуха по маршруту в начале марта (2010 г.) составила -31,4 °С, а в двадцатых числах месяца (2012 г.) — минус 13,3 °С. Температура снега на поверхности почвы была относительно постоянной и заметно повышалась к концу марта в относительно низкогорных среднетаёжных ландшафтах: с -19,9 °С (2010 г.) до -12,2 °С (2012 г.). Минимальная температура снега на поверхности почвы наблюдалась преимущественно в ландшафтах горных редколесий, максимальная (-11,8 °С) — в начале марта в ландшафтах горных пустынь, что объясняется температурной инверсией, а в низ-

когорных ландшафтах — весенним потеплением. В табл. 1 приведены полученные нами данные о температуре воздуха и снега на поверхности почвы, а также показания температуры воздуха на ГМС Якутск и Оймякон в эти дни.

На большей части региона снежный покров залегает 220—250 дней в году, в горных районах его продолжительность достигает 260—280 дней. Толщина снежного покрова вследствие антицикло-нального режима погоды сравнительно невелика. В среднетаёжных ландшафтах — 29—45 см, в ландшафтах горных пустынь (выше 1000 м) она уменьшается до 22—32 см (табл. 2). По данным ГМС Оймякон, толщина снега с начала марта и до середины апреля 2010 г. оставалась постоянной. В 2011 и 2012 г. на ГМС Оймякон (с середины марта) и на ГМС Якутск толщина снежного покрова устойчиво снижалась и осадков практически не наблюдалось. Отмечаются некоторые особенности залегания снега, связанные с ландшафтной поясностью. В горно-таёжных ландшафтах, на верхней границе лесов, средняя толщина снежного покрова составляет 41 см. В расположенных выше горных ландшафтах (редколесья, тундры, пустыни) она уменьшается до 27—29 см. Вероятно, к верхней границе леса сносится большое количество снега с безлесных горных пространств. Подобная ситуация отмечалось ранее М.И. Ивероновой [2].

Снежный покров в регионе весьма рыхлый. Снег выпадает очень сухой и мало уплотняется в течение зимы. К началу снеготаяния его плот-

Таблица 1. Средние значения температуры воздуха и снега на почве Т , °С*

Мерзлотные ландшафты (абс. отметки, м) 5-8.03.2010 г. 11-14.03.2011 г. 20-23.03.2012 г.

Среднетаёжные (100-400) 28,7/19,9 21,5/11,8 11,0/12,2

Горно-таёжные (400-600) 29,6/17,5 16,6/13,6 14,1/14,4

Горные редколесья (600-800) 38,0/18,7 26,3/20,1 13,0/19,5

Горные тундры (800-1000) 32,6/21,5 20,6/15,6 15,4/14,6

Горные пустыни (1000-1200) 27,9/11,8 25,4/15,8 13,3/14,6

ГМС Якутск (101) 23,6/Нет свед. 22,4/Нет свед. 23,2/Нет свед.

ГМС Оймякон (741) 31,9/Нет свед. 31,9/Нет свед. 32,4/Нет свед.

Среднее 31,4/17,9 22,1/15,4 13,4/15,1

Диапазон колебаний 13,5-30,2/11,8-24,2 11,4-21,6/2,9-21,4 1,9-23,8/5,6-22,9

*В числителе — температура воздуха, в знаменателе — температура снега на поверхности почвы. Таблица 2. Средняя толщина снежного покрова, см

Мерзлотные ландшафты (абс. отметки, м) 5-8.03.2010 г. 11-14.03.2011 г. 20-23.03.2012 г. Среднее

Среднетаёжные (100-400) 29 43 45 39

Горно-таёжные (400-600) 26 40 57 41

Горные редколесья (600-800) 17 35 29 27

Горные тундры (800-1000) 23 28 38 28

Горные пустыни (1000-1200) 32 32 22 29

ГМС Якутск (101) 21 32 36 30

ГМС Оймякон (741) 22 37 23 27

Среднее по маршруту 25 36 38 33

Таблица 3. Усреднённые характеристики снежного покрова; число проб п = 58

Мерзлотные ландшафты (абс. отметки, м) Толщина снега, см Плотность снега, г/см3 Концентрация пыли, мг/л

Среднетаёжные (100—400) 39 0,160 11

Горно-таёжные (400—600) 41 0,154 6

Горные редколесья (600—800) 27 0,152 8

Горные тундры (800—1000) 28 0,138 6

Горные пустыни (1000—1200) 29 0,139 6

ность колеблется от 0,160 г/см3 в среднетаёжных до 0,138-0,154 г/см3 в горных ландшафтах. Концентрация пылевых частиц в снежном покрове сравнительно однородна: в горных ландшафтах — 0,006-0,008 г/л и возрастает до 0,011 г/л в относительно населённых среднетаёжных ландшафтах. Наблюдается тенденция уменьшения концентрации пыли с увеличением высоты (табл. 3).

В 2010—2012 гг. отмечался постоянный рост снегозапаса в мерзлотных ландшафтах, его величина возросла почти на 60% по сравнению со

средними многолетними данными, что в значительной степени повлияло на водность рек в период половодья (табл. 4). Исключение составили ландшафты горных пустынь, где снегозапас сократился. Последнее, вероятно, связано с изменением циркуляции воздушных масс и большим влиянием ветров северо-восточного направления в 2012 г. (ГМС Оймякон), что привело к повышению концентрации хлоридов в снежном покрове этих ландшафтов до 3,20 мг/л при средних их значениях в 2010—2011 гг. 0,88 мг/л.

Таблица 4. Изменение влагозапаса снежного покрова, мм

Мерзлотные ландшафты (абс. отметки, м) 2010 г. 2011 г. 2012 г. Среднее

Среднетаёжные (100-400) 46,4 68,8 80,5 65

Горно-таёжные (400-600) 42,3 64,8 115 74

Горные редколесья (600-800) 23,5 53,2 45,8 41

Горные тундры (800-1000) 35,6 38,6 53,8 43

Горные пустыни (1000-1200) 55,7 45,2 35,4 45

Среднее 41 54 66 54

Коэфициент стока в половодье (р. Индигирка, станция Юрты) 0,31 0,75 0,68 0,39*

*Приведены среднем

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком