научная статья по теме РЕКОНСТРУКЦИЯ БАЛАНСА МАССЫ ЛЕДНИКА ГАРАБАШИ (1800–2005 ГГ.) ПО ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ Геофизика

Текст научной статьи на тему «РЕКОНСТРУКЦИЯ БАЛАНСА МАССЫ ЛЕДНИКА ГАРАБАШИ (1800–2005 ГГ.) ПО ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ»

Лёд и Снег • 2013 • № 1 (727)

УДК 551.324.902.674

Реконструкция баланса массы ледника Гарабаши (1800-2005 гг.) по дендрохронологическим данным

© 2013 г. Е.А. Долгова, В.В. Мацковский, О.Н. Соломина, О.В. Рототаева, Г.А. Носенко, И.Ф. Хмелевской

Институт географии РАН, Москва dolgovakat@gmail.com

Статья принята к печати 19 ноября 2012 г.

Годичные кольца, дендрохронология, ледник Гарабаши, реконструкция баланса массы, сосна обыкновенная. Dendrochronology, Garabashi Glacier, mass-balance reconstruction, tree-rings, Scots pine.

Выполнена первая реконструкции баланса массы ледника Гарабаши по дендрохронологическим данным с 1800 по 2005 г. Лучше всего модель воспроизводит изменчивость годового баланса ледника при использовании хронологий по ширине годичных колец и по максимальной плотности поздней древесины. Изучены вклад каждой древесно-кольцевой хронологии в модель и её климатический отклик. Установлена высокая согласованность реконструкции баланса массы ледника по дендрохронологическим данным с реконструкциями, полученными ранее по метеорологическим рядам.

Введение

В последние годы наблюдения за ледниками во всех ледниковых районах свидетельствуют об их отступании, связанном с ростом глобальных температур [28]. Это может вызвать подъём уровня Мирового океана, изменить режим стока горных рек и баланс пресной воды в океане, увеличить частоту природных катастроф [17]. В кавказском регионе косвенные источники палеоклиматической информации также указывают на повсеместное отступание ледников после окончания малого ледникового периода [11]. Для создания достоверного прогноза реакции оледенения на климатические изменения в будущем необходимо знать об их трансформации в прошлом. Известно, что ледники чувствительны к климатическим изменениям. Реконструкции, выполненные по данным об отступании ледников, например, работе [28], не отражают межгодовой изменчивости в прошлом из-за задержки в отклике ледников и некоторой сложности в интерпретации получаемых данных. Баланс массы ледников имеет прямой (т.е. без задержки) климатический сигнал, который отражается в изменении значений аккумуляции и абляции. В настоящее время во всем мире ведут наблюдения за балансом массы эталонных ледников, которые хранятся в базе данных Международной службы мониторинга ледников (World Glacier Monitoring Service) [19]. К ним относится и ледник Гарабаши на Северном Кавказе.

Короткие ряды инструментальных наблюдений за ледниками не позволяют анализировать долгопериодные изменения. Чаще всего реконструкция баланса массы основывается на применении значи-

мых связей между параметрами ледников и метеорологическими характеристиками. И хотя этот метод даёт хорошие результаты, у него есть и свои недостатки — невысокие коэффициенты корреляции между сравниваемыми параметрами, а также сложности при выборе рядов по осадкам, которые из-за неравномерности их распределения в высокогорье и на самих ледниках могут не отражать реальные значения аккумуляции. Кроме того, длина реконструкций, как правило, ограничена длиной самих метеорядов, которые, например, на Кавказе в редких случаях покрывают последнее столетие в предгорьях, а в высокогорьях начаты на 40—50 лет позже.

Известно, что деревья, растущие на верхней границе леса, имеют повышенную чувствительность к изменению тех климатических параметров, которые ограничивают их рост [18]. Выполненные ранее ден-дроклиматические исследования на Северном Кавказе показали наличие смешанного климатического сигнала в ширине колец хвойных, что затрудняло создание количественной реконструкции метеопараметров. Известно, что в районах с тёплым и влажным климатом ширина колец деревьев может отражать изменчивость такого интегрального показателя, как речной сток. Наши исследования показали, что ширина годичных колец сосны коррелирует с объёмом стока р. Теберда в мае, июле и августе [5]. Это обстоятельство позволило предположить возможность применения дендрохронологического метода для восстановления такого интегрального параметра, как баланс массы ледников.

Ширина годичных колец и параметры баланса массы ледников частично контролируются одними и

А ^ЗЗ^- 4Г5Э"Э6' 424 Э^ «"ЗЭ^" в д.

Рис. 1. Карта расположения площадок отбора дендрохронологического материала, метеостанций (ГМС) и ледников. Дендрохронологические площадки: 1 - KYZ, 2 - KHTP, 3 - KHAT, 4 - ALI, 5 - BAZ, 6 - KV, 7 - GAR, 8 - CHS, 9 - CHE; 10 - TERS; на заднем плане космический снимок LANDSAT от 29 июля 2001 г. Fig. 1. Map of tree-ring sites, weather stations and investigated glaciers.

Tree-ring sites: 1 - KYZ, 2 - KHTP, 3 - KHAT, 4 - ALI, 5 - BAZ, 6 - KV, 7 - GAR, 8 - CHS, 9 - CHE, 10 - TERS. LANDSAT from 29 July 2001s. used as a background

теми же климатическими факторами. Это было замечено ранее во многих других горных странах (Алтай, Альпы, Скалистые Горы, Скандинавия), где дендро-хронологический метод успешно применялся для реконструкций баланса массы ледников, в основу которых были положены разные методики и виды деревьев [7, 21—24, 26, 27, 30, 32]. Использование древесно-кольцевых хронологий для этих целей имеет ряд преимуществ: 1) применение метода перекрёстного датирования [6] обеспечивает высокую точность и годовое разрешение реконструкции; 2) расположение площадок отбора дендрохронологи-ческого материала в непосредственной близости от ледников даёт возможность получить более тесную связь с ледниковыми параметрами; 3) дендрохроно-логический метод ограничен лишь возрастом дерева и часто позволяет реконструировать баланс массы ледника за более долгий период относительно инструментальных метеонаблюдений. Отметим и некоторые ограничения дендрохронологических реконструкций. Так, модель калибруется на очень короткой выборке последних лет в условиях современного состояния оледенения, в то время как площадь оледенения в малый ледниковый период была значительно больше. Именно поэтому баланс массы ледников, полученный дендрохронологическим методом, хотя и отражает общие закономерности его изменчивости, но явно завышен для того времени.

По этой причине построение кумулятивной кривой изменения баланса массы ледника, начиная с малого ледникового периода, было бы некорректно.

Задача настоящей работы — создание первой реконструкции баланса массы ледника Гарабаши по дендрохронологическим данным. Для её решения необходимо: 1) оценить возможности и ограничения дендрохронологического метода для реконструкции баланса массы ледника Гарабаши; 2) сравнить полученную реконструкцию с известными историческими сведениями и с реконструкцией, построенной для ледника по гляциометеорологическим данным.

Материалы и методы

Масс-балансовые наблюдения. Ледник Гарабаши расположен на южном склоне ледниковой шапки Эльбруса (рис. 1). Его площадь, по оценкам в работах [4, 8], в 1890 г. составляла 6,32 км2, в 2000 г. — 4,47 км2. Многолетние комплексные гляциологические наблюдения на леднике ведутся Институтом географии РАН с 1982 г. до настоящего времени. На основе ежегодных измерений получены эмпирические связи составляющих баланса массы ледника с показателями ближайших метеостанций и восстановлены значения годового баланса массы ледника Гарабаши с начала ХХ в. [8, 9]. Для расчёта абляции авторы использовали данные о летних температурах воздуха на ГМС Терскол (с 1951 г.), а для продления

3*

- 35 -

о с о Я о

S3

<я £

X

Й ¿3

а у

3

Название хронологии и её местоположение MaxD -склон г. Малая Хатипара (долина р. Теберда) Максимальная плотность 1759-2005 43 (29) 0,52 0,06 0,07 0,02 4 I/O 1800

TERS -верхняя граница у ледника Терскол Ширина 1714-2009 9) I/o 0,58 0,16 0,12 0,58 3 со 2 9Ш 32,0

ALI - предполье ледника Алибек 1800-2005 24 (13) 0,28 0,13 0,12 0,28 1883 I/o

BAZ - конечная морена ледника Большой Азау 1660-2004 8 0,44 0,14 0,12 0,44 3 со 2 1752 42,6

CHS - южный и восточный склоны г. Чегет, верхняя граница леса 1738-2002 8) Ш 0,53 0,15 0, 0,52 0 vo 1961 44,2

GAR - селевой конус ледника Гарабаши 1693-2002 7) m 0,61 0,22 0,13 0,61 0 VO 1892 ,7 3

KHTP - склон г. Малая Хатипара (долина р. Теберда) 1678-2005 57 (29) 0,51 0,22 0,16 0,51 5 f- 1753 42,0

KV - морена XIV в. ледника Большой Азау 1640-2002 8 0,55 0,18 0,13 0,55 3 оо 2 1805 46,0

KYZ - левый борт р. Кизгич, верхняя граница леса 1550-2006 20 (14) 0,23 0,16 0,66 3 о 2 1783 47,1

Характеристики Параметр годичных колец Длина хронологии, годы Число образцов (деревьев) Межсериальный коэффициент корреляции Стандартное отклонение Средняя чувствительность Средняя автокорреляция 1-го порядка Средняя длина сегмента EPS > 0,8 Доля главной компоненты, %

ряда — на ГМС Пятигорск (с 1891 г.). Реконструкция аккумуляции на леднике основывалась на расчётах по годовым суммам осадков. При этом, кроме данных ГМС Терскол, использовались ряды осадков на ГМС Местия, Хаиши и Сухуми (с 1905 г.), расположенных вдоль долины р. Ингури, — по направлению юго-западного переноса воздушных масс, приносящих основную массу осадков на южный склон Эльбруса. Материалы прямых наблюдений на леднике, использованные для построения модели, охватывали период 1982/83 - 1994/95 гг.

Метеорологические данные. В работе использованы также ряды наблюдений за среднемесячными температурами воздуха и количеством осадков на высокогорных метеостанциях, ближайших к местам отбора дендрохронологических образцов и характеризующих особенности климата в определённой долине (см. рис. 1), среди которых: ГМС Северный Клухор (43°25' с.ш., 41°3' в.д., 2037 м над ур. моря) -использовались данные за период c 1956 по 2005 г.; ГМС Теберда (43°27' с.ш., 41°44' в.д., 1313 м) - с 1927 по 2005 г.; ГМС Терскол (43°15' с.ш., 41°50' в.д., 2042 м) - с 1951 по 2005 г.

Древесно-кольцевые хронологии. С 2002 г. сотрудники отдела гляциологии Института географии РАН вели экспедиционные работы на Северном Кавказе в долине р. Теберда и в Приэльбрусье. Основываясь на общепринятых принципах отбора дендрохронологи-ческого материала, площадки для отбора образцов были заложены вблизи верхней границы леса на склонах долин рек Баксан (CHS), Теберда (KHTP) и Кизгич (KYZ), а также на пред

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