научная статья по теме ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕРМОКАРСТА В ЗОНЕ ПРЕРЫВИСТОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ НА ОСНОВЕ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕРМОКАРСТА В ЗОНЕ ПРЕРЫВИСТОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ НА ОСНОВЕ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2009, № 4, с. 88-96

НАУЧНЫЕ ДИСКУССИИ

УДК 551.345:528.88

ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИИ ТЕРМОКАРСТА В ЗОНЕ ПРЕРЫВИСТОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ НА ОСНОВЕ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ

© 2009 г. Днепровская В. П.1, Брыксина Н. А.2, Полищук Ю. М.13*

Институт химии нефти СО РАН, Томск 2Югорский Научно-исследовательский институт информационных технологий, Ханты-Мансийск 3Югорский государственный университет, Ханты-Мансийск *Е-шаП: yuri@ipc.tsc.ru Поступила в редакцию 07.05.2008 г.

Рассмотрены вопросы применения данных дистанционного зондирования (ДЗ) в задачах мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов Западной Сибири. В качестве геокриологических индикаторов изменения состояния мерзлотных ландшафтов использованы термокарстовые озера, динамика площадей которых исследована с использованием коллекции разновременных космических снимков (1973—2005 гг.) территорий двух тестовых участков, расположенных в прерывистой зоне многолетней мерзлоты. Показано, что суммарная площадь озер на исследованных тестовых участках сокращается, что может служить показателем ускорения термокарста в прерывистой зоне вечной мерзлоты Западной Сибири, вызванных глобальным потеплением.

ВВЕДЕНИЕ

Многолетнемерзлые горные породы широко распространены на Земле и встречаются почти на всех континентах. Площадь их распространения превышает четвертую часть всей суши земного шара, включая примерно 75% территории Аляски и более половины территории Канады и России [Геокриология СССР..., 1988]. В России общая площадь районов распространения вечной мерзлоты равна 10.7 млн. км2, что составляет около 63.5% от всей территории страны.

В зависимости от степени сомкнутости многолетнемерзлых пород согласно [Павлов, Ананьева, 2004] различают области их сплошного, прерывистого и островного распространения. На территории России наибольшую площадь (61.8% от общей площади распространения вечной мерзлоты) занимает область криолитозоны сплошного типа, границы которой охватывают большую часть арктических островов и тянутся почти непрерывно вдоль всего побережья от Карского моря на западе до Чукотского моря на востоке, проникая вглубь континента в центральной Сибири и в Якутии [Атлас СССР, 1984]. Криолитозона островного типа, занимая 21.2% от общей площади распространения вечной мерзлоты на территории России, простирается от Кольского п-ова до побережья Японского моря, Сахалина и Камчатки. А наименьшую площадь (17% от общей площади вечной мерзлоты) имеет область криолитозоны прерывистого типа, расположенная между обла-

стями островного и сплошного типов криолито-зон.

Анализ данных об объемах запасов углеводородов на территориях с вечной мерзлотой и вне ее показал [Полищук, Ященко, 2007], что более 80% от общего количества крупных месторождений нефти России находится в зоне вечной мерзлоты. Аналогичная ситуация наблюдается и в распределении газовых месторождений. Так, количество уникальных и крупных месторождений газа на территории Западной Сибири вне области мерзлоты составляет всего лишь 2.1%. Таким образом, криолитозона России по объемам запасов нефти и газа гораздо богаче территорий, свободных от вечной мерзлоты.

В связи с изложенным перспективы расширения базы нефтегазодобычи в России в ближайшие годы будут связаны с освоением северных территорий, что потребует расширения трубопроводной сети и строительства других объектов нефтегазового комплекса на территориях, находящихся в зоне вечной мерзлоты. Однако начавшееся в 70-х гг. прошлого века глобальное потепление вызывает уже в настоящее время в Западной Сибири интенсивное оттаивание мерзлых пород. По данным [Павлов, Ананьева, 2004; Аниси-мов, Лавров, 2004], в течение ближайших двух-трех десятилетий толщина активного слоя почвы может увеличиться на 0.5—0.6 м в южной части зоны вечной мерзлоты Западной Сибири. Потепление климата приведет к необратимым природным процессам, которые будут иметь негативные последствия для поселений и освоенных террито-

N

Легенда

Метеостанции ^^ Тестовые участки | [ Границы криолитозон Криолитозоны

| | Сплошная мерзлота

| Прерывистая мерзлота | Островная мерзлота Геоботанические зоны

Арктическая и Субарктическая тундра ЦЦ Лесотундра

Северная тайга Средняя тайга [__Южная тайга

Рис. 1. Карта-схема геоботанического районирования и геокриологического зонирования территории Западной Сибири с сетью метеостанций и границами тестовых участков.

рий. Оттаивание мерзлых пород приведет к росту числа техногенных чрезвычайных ситуаций из-за обрушения зданий и сооружений, повреждения коммуникаций и значительным экономическим и экологическим ущербам, связанным с повышением аварийности на трубопроводном транспорте и других объектах нефтегазового комплекса из-за снижения прочности многолетнемерзлых пород [Анисимов, Лавров, 2004; Вечная мерзлота..., 2002; Литвин, Лещиков и др., 2003].

По оценкам специалистов [Анисимов, Лавров, 2004; Уваркин, Чеховский и др., 1980; Smith, Sheng et al., 2005], влияние потепления климата на состояние и прочностные свойства многолетне-мерзлых пород будет наиболее сильно проявляться вблизи южных границ вечной мерзлоты. В связи с этим изучение изменений криогенного состояния мерзлотных ландшафтов, несомненно, является актуальной проблемой, решение которой ввиду труднодоступности территории Западной Сибири из-за высокой степени ее заболоченности невозможно без применения данных дистанционного зондирования (ДЗ) поверхности Земли [Smit, Sheng et al., 2005; Некрасов, Петропавловская, 1983; Полищук, Токарева, 2006]. Поэтому цель данной работы — изучение динамики современного криогенного состояния мерзлотных ландшафтов Западной Сибири в зоне прерывистого распространения многолетней мерзлоты по кос-

мическим снимкам. Проведенный анализ литературных источников по использованию данных ДЗ в геокриологических исследованиях показал [Некрасов, Петропавловская, 1983; Полищук, Токарева, 2006; Мельников, Вейсман и др., 1974], что термокарстовые озера, образующиеся в результате вытаивания подземных льдов различного генезиса, хорошо дешифрируются на космических изображениях и являются наиболее пригодными геоморфологическими индикаторами криогенных изменений поверхности.

ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

На рис. 1 приведена карта-схема ландшафтного геоботанического районирования, совмещенная со схемой расположения зон вечной мерзлоты на территории Западной Сибири, на которой показаны сеть метеостанций и границы тестовых участков.

Карта-схема ландшафтно-геоботанического районирования территории Западной Сибири, составленная по картографическим материалам Института географии СО РАН, показывает, что северная часть территории Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) и южная часть Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) попадают в подзону северной тайги. Из карты-схемы геокриологического зонирования территории За-

Рис. 2. Фрагмент космического снимка, полученного с ИСЗ Landsat-7 (07.08.1999 г.), территории ТУ-2: 1 — термокарстовые озера; 2 — хасыреи.

падной Сибири, составленной по данным [Геокриология СССР.., 1988; Атлас СССР, 1984; БисН-коу, 2006; ЫвЫкоу, Бтох^йоу, 2006], видно, что зоны сплошной и прерывистой мерзлоты в Западной Сибири располагаются в основном на территории ЯНАО, а криолитозона островного типа — в пределах ХМАО и в северной части Томской области. Точками на карте обозначено расположение метеостанций, данные которых использованы нами ранее [Днепровская, Полищук, 2007] при проведении исследования климатических изменений на территории Западной Сибири.

Для изучения изменений площадей термокарстовых озер с использованием космических снимков были выбраны два тестовых участка (ТУ), расположенных в южной части территории Ямало-Ненецкого автономного округа, границы их показаны на рис. 1. Первый из них, ТУ-1, находящийся в геоботанической подзоне северной тайги и в южной зоне прерывистого распространения многолетнемерзлых пород, расположен в

междуречье верхних течений рек Левая Хетта и Хугейяха, крупных левых притоков р. Надыма. Второй участок, ТУ-2, расположенный в подзоне лесотундры и в центральной части зоны прерывистого распространения многолетнемерзлых пород, находится в междуречье верхних течений рек Правая Хетта и Евояха, крупных притоков Надыма и Пура.

Такой выбор тестовых участков позволяет исследовать особенности криогенных изменений ландшафтов Западной Сибири в разных геоботанических подзонах (северной тайги и лесотундры). На рис. 2 для иллюстрации приведен фрагмент космического снимка, полученного с ИСЗ Landsat-7, на котором показаны термокарстовые озера и хасыреи (котловины спущенных термокарстовых озер).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Анализ изменений среднегодовой температуры

воздуха на исследуемой территории

Анализ изменений климатического состояния на исследуемой территории вечной мерзлоты проводился с использованием временного ряда среднегодовых значений температуры воздуха за период последних трех десятилетий. На рис. 3 приведен временной ход среднегодовых значений температуры воздуха. Пунктирными линиями показаны средние значения температуры для двух временных интервалов: 1973—1979 гг. и 1980—2006 гг., а штрих-пунктирными линиями — доверительные интервалы для средних значений температур воздуха, рассчитанные для вероятности 90%. Из графика видно, что среднегодовая температура воздуха во втором периоде по сравнению с периодом 1973—1979 гг. увеличилась приблизительно на 1°С, что может служить экспериментальным подтверждением потепления клима-

Т, °С

- 4Г

- 5- 6- 7- 8- 9-10-11_I_I_I_I_I_I_I_

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 г.

Рис. 3. Временной ход среднегодовой температуры воздуха на территории зон прерывистой и сплошной мерзлоты Западной Сибири.

Рис. 4. Фрагмент космического снимка с ИСЗ Land-8а1>1 (10.08.1973 г.) с обозначениями береговых границ термокарстовых озер.

та на исследуемой территории. Представленный на рис. 3 график временного хода температуры воздуха является лишь иллюстрацией реального потепления климата на территории вечной мерзлоты Западной Сибири в период последних трех десятилетий

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