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.