научная статья по теме СОВРЕМЕННАЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННAЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ РЕЧНОГО СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ В МИРОВОЙ ОКЕАН: ПРИРОДНАЯ И АНТРОПОГЕННАЯ СОСТАВЛЯЮЩИЕ Геология

Текст научной статьи на тему «СОВРЕМЕННАЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННAЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ РЕЧНОГО СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ В МИРОВОЙ ОКЕАН: ПРИРОДНАЯ И АНТРОПОГЕННАЯ СОСТАВЛЯЮЩИЕ»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 5, с. 387-395

УДК 551.435.1

СОВРЕМЕННАЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ РЕЧНОГО СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ В МИРОВОЙ ОКЕАН: ПРИРОДНАЯ И АНТРОПОГЕННАЯ

СОСТАВЛЯЮЩИЕ

© 2007 г. А. П. Дедков, А. В. Гусаров, В. И. Мозжерин

Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина Поступила в редакцию 03.04.2006 г.

В работе дан анализ пространственно-временной изменчивости современного речного стока взвешенных наносов в Мировой океан с выделением его природной и антропогенной составляющих. По нашим уточненным данным, общий глобальный сток взвешенных наносов оценивается в 15.47 млрд. т/год. Основной поставщик наносов в Мировой океан - континентальная Азия и острова западной и юго-западной частей Тихого океана (их суммарная доля в глобальном стоке наносов -73.4%); наименьшую массу наносов поставляет Австралия (1.1%). Многовековая деятельность человека увеличила сток взвешенных наносов в Мировой океан в 2.6 раза, причем наибольшим антропогенным увеличением наносов характеризовались острова западной и юго-западной частей Тихого океана (в 3.7 раза) и Европа (в 3.4 раза), наименьшим - Южная Америка (в 1.2 раза). Анализ многолетних наблюдений за стоком взвешенных наносов показывает, что во второй половине двадцатого столетия направленное увеличение их массы отмечалось в реках Южной и Центральной Америки, Восточной Африки, Западной Европы, Южной и Юго-Восточной Азии и Австралии. Уменьшение же стока наносов имело место в речных системах Восточной Европы, северной, центральной и восточной частях Азии, на западе Северной Америки. Основная причина отмеченных направленных изменений - деятельность человека.

ВВЕДЕНИЕ

В последние три десятилетия геоморфологами Казанского государственного университета была сформирована база данных по стоку взвешенных наносов (СВН) рек и контролирующим его факторам, которая содержит информацию о 4125 речных бассейнах Земли. Анализ этих данных позволил установить основные закономерности пространственного развития процессов эрозии и стока взвешенных наносов [11, 19, 20]. Следующий этап наших исследований - попытка определения современного стока взвешенных наносов из различных регионов планеты в Мировой океан, его подразделения на природную и антропогенную составляющие, а также изучение направленных изменений интенсивности эрозии и стока наносов и их факторной обусловленности, имевших место на Земле во второй половине прошлого столетия. В качестве современных признаются процессы, доступные для непосредственного наблюдения и измерения скоростей проявления в первую очередь инструментальными (стационарными) методами. Для стока взвешенных наносов нижний рубеж "современности" приходится на середину 1930-х гг., когда стала формироваться достаточно густая мировая сеть постов с регулярными измерениями стока наносов. Однако по некоторым ре-

кам оценку стока наносов можно дать для периода примерно в 150 лет.

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В опубликованных во второй половине двадцатого столетия работах почти 30 отечественных и зарубежных исследователей приводятся весьма разные оценки общей массы взвешенных наносов, ежегодно выносимых реками в Мировой океан. Особенно большой разброс оценок - от 5.2 [18] до 51.1 млрд. т/год [21] - характерен для работ 1950-1970-х гг., основанных на сравнительно небольшом количестве наблюдений. В последние два десятилетия прошлого столетия диапазон оценок глобального СВН значительно сузился (табл. 1).

Имеющая сток в Мировой океан часть суши (области внешнего стока) составляет 97.6 млн. км2, т.е. почти 2/3 (65.5%) общей площади суши планеты. Остальные 51.4 млн. км2 (34.5% суши) лишены стока в океаны (области внутреннего стока и территории с обширными ледниковыми покровами).

Из общей площади суши со стоком в Мировой океан лишь 52.6 млн. км2 (около 54% площади) обеспечены прямыми данными о стоке взвешенных наносов. Это данные по 330 рекам из нашей

Таблица 1. Оценки глобального стока взвешенных наносов (СВН, млрд. т/год) в Мировой океан, полученные во второй половине двадцатого столетия

№ Год оценки Автор(ы), источник информации СВН

1 1950 Kuenen [28] 32.5

2 1952 Лопатин [14] 12.7

3 1955 Gilluli [28] 31.7

4 1960 Fournier [21] 51.1

5 1963 Schümm [36] 20.5

6 1964 Corbel [18] 5.2

7 1966 Mackenzie, Garrels [36] 8.3

8 1968 Judson [35] 24.0

9 1968 Holeman [26] 18.3

10 1970 Dewey, Bird [35] 45.8

11 1973 Sundborg [36] 15.0

12 1974 Jansen, Painter [27] 26.7

13 1974 Львович [16] 21.7

14 1974 Алексеев, Лисицына [1] 15.7

15 1974 Бондарев [2] 14.6

16 1975 Миллиман [17] 16.0

17 1981 Holland [25] 20.0*

18 1982 Meybeck [31] 15.6

19 1983 Milliman, Meade [32] 13.5

20 1983 Walling, Webb [35] 15.0

21 1983 Гордеев [4] 18.6

22 1987 Васильев [3] 19.2*

23 1988 Meybeck [31] 17.0

24 1991 Лисицин [13] 22.2

25 1991 Львович и др. [16] 14.9

26 1992 Milliman, Sivitsky [33] 20.0

27 1993 McLennan [30] 21.0

28 1994 Harrison [23] 18.0

29 1998 Stallard [34] 14.0

30 1998 Ludwig, Probst [29] 16.4

31 2000 Harrison [24] 14.1

32 2000 Дедков, Мозжерин [12] 15.5

* Суммарный сток взвешенных и влекомых

СВН, (Cv)

ср

25.6 (43.8)

21.2 (77.0)

22.2 (50.9)

17.0 (14.1)

17.3 (17.9)

СВНСр - средняя за календарное десятилетие оценка СВН, Сг - коэффициент вариации оценок за календарное десятилетие (%).

базы данных с гидропостами в устьях или близ них. Суммарный годовой сток взвешенных наносов всех 330 рек в Мировой океан составил 10248.7 млн. т, что дает средний модуль в 195 т/год км2. Примечательно, что этот модуль весьма близок к среднему модулю СВН, полученному по 4140 гидропостам всей обеспеченной данными суши Земли, включая и области внутреннего стока (202 т/год км2: для равнин суши - 70 т/год км2, для горных областей - 374 т/год км2).

Для обширной площади внешнего стока, которая не обеспечена прямыми данными о стоке наносов (45 млн. км2, или около 46% всех областей стока), величины последнего определялись экстраполяцией данных соседних речных бассейнов с гидропостами. При этом делалась поправка на рельеф, состав горных пород, сток воды, растительный покров и степень хозяйственной освоенности природного ландшафта. Значения поправок опирались на ранее установленные зависимости СВН от перечисленных факторов [11, 16 и др.]. Полученный таким путем сток наносов с необеспеченной данными периферийной площади составил 5219.9 млн. т/год (средний модуль - 116 т/год км2). Следовательно, сток взвешенных наносов с необеспеченной данными площади оказался значительно (в 1.96 раза) ниже, чем с площади, обеспеченной прямыми наблюдениями. Это можно объяснить тем, что гидропосты расположены в основном на реках, дренирующих хорошо хозяйственно освоенные территории с большой антропогенной составляющей стока наносов. Следует отметить, однако, некоторую условность результатов экстраполяции, поскольку при определении поправок недостаточно были учтены зависимости модулей стока взвешенных наносов от водосборных площадей, неодинаковые в разных природно-антропоген-ных условиях [20, 35].

Суммарный глобальный сток взвешенных наносов имеет две составляющие: природную и антропогенную. Природную составляющую формирует эрозия в естественных условиях без нарушения их деятельностью человека. Используя принцип эргодичности, эту компоненту можно рассматривать как величину доантропогенного стока наносов. Антропогенная же составляющая отражает усиление эрозии и увеличение речных наносов при деятельности человека, в основном земледельческой.

Для оценки влияния антропогенного фактора на сток взвешенных наносов все имеющиеся в нашей базе данных бассейны рек суши Земли (4125 бассейнов) по степени антропогенной освоенности их ландшафтов разбиты на три категории. К первой категории отнесены неосвоенные или слабо освоенные (распаханность не более 30%) речные бассейны, сток наносов в которых услов-

Таблица 2. Сток взвешенных наносов (т/год км2) и коэффициенты его антропогенной трансформации (КАТ) в речных бассейнах с различными категориями хозяйственного использования природных ландшафтов в них (вся Земля)

Рельеф Площадь речного бассейна Категория КАТ(11/1) КАТ(ШЛ)

первая вторая третья

Равнины Малые бассейны (менее 5000 км2) 10 36 130 3.6 13.0

Крупные бассейны (более 5000 км2) 16 33 130 2.1 8.1

Горы Все бассейны 240 592 660 2.5 2.8

но принят за природную (доагрикультурную) составляющую. К второй категории отнесены бассейны со средней степенью освоенности (распа-ханность 30-70%), к третьей категории - с сильной освоенностью (распаханность более 70%). Показатели уменьшения модулей стока наносов от второй и третьей категорий освоенности к первой категории (условно природному уровню) названы нами коэффициентами антропогенной трансформации (КАТ), соответственно КАТ(ПД) и КАТ(ШД). Они определены для всех континентов, природных зон, различного рельефа и площадей водосбора. С их помощью речные бассейны с первой и второй категориями освоенности приведены к первой категории. Для всей Земли среднее увеличение СВН по мере перехода от бассейнов одной категории к другой показано в табл. 2.

Исследование тенденций изменения интенсивности эрозии и стока взвешенных наносов проведено по более чем 1.5 тысяч рядам наблюдений [5-10]. С помощью гидрологического анализа, который предусматривает построение и анализ графиков динамики годового стока воды и наносов за период наблюдений, кривых транспорта наносов (кривых зависимости СВН от стока воды) и их интегральных (кумулятивных) кривых, в многолетних рядах наблюдений за СВН выделялись, как правило, два периода, различающиеся размахом колебаний в них. Для оценки достоверности различных средних значений и дисперсий за выделенные периоды использовались статистические критерии, в частности параметрический Стьюдента и непараметрический Колмогорова-Смирнова, в настоящее время широко применяемые в гидрологических исследованиях. Сравнительно лучшими в плане доступности информации о временной динамике СВН регионами Земли оказались бывший СССР, США, некоторые страны Центральной (запад Украины, Польша

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