УДК 551.324.3 doi:10.15356/2076-6734-2015-3-38-46
Температурный режим поверхностного слоя ледника Восточный Грёнфьорд
(Западный Шпицберген)
© 2015 г. Р.А. Чернов, Т.В. Васильева, А.В. Кудиков
Институт географии РАН, Москва rob31@mail.ru
Temperature regime of upper layer of the glacier East Gronfjjordbreen (West Svalbard)
R.A. Chernov, T.V. Vasilyeva, A.V. Kudikov
Institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Moscow
Статья принята к печати 26 февраля 2015 г.
Абляция, запас холода, скважина, температура льда, толщина снежного покрова.
Ablation, borehole, ice temperature, snow depth, storage of cold.
Представлены данные термометрии скважин на леднике Восточный Грёнфьорд, полученные в весенний и летний периоды 2012-2014 гг. На основании распределения температуры в скважинах рассчитаны элементы теплового баланса деятельного слоя: зимний запас холода, затраты тепла на таяние и прогрев снега и льда. Основное влияние на величину запаса холода в приповерхностном слое льда оказывают толщина снежного покрова и летняя абляция. Сравнение величины зимнего и летнего запаса холода приводит к выводу, что наиболее интенсивное выхолаживание происходит в центральной части ледника, где наблюдаются небольшое снегонакопление и умеренная абляция льда.
Data of thermometry performed in boreholes of the glacier East Gronfjordbreen situated in West Svalbard are presented. The measurements were made within the ice upper layer down to 20 m in spring and summer of 2012-2014. Basing on the temperature distribution in the boreholes the following heat balance elements of the active ice layer were calculated: winter storage of cold, heat losses for thawing and warming of snow and ice. It was found that the main influence on storage of cold in the upper ice layer is exerted by thickness of the snow cover and the summer ablation. Comparison between winter and summer storages of the cold allows drawing the conclusion that the most intensive cooling takes place in central part of the glacier where the snow accumulation is small and the ablation is moderate.
Введение
Среди ледников Шпицбергена довольно широко распространены политермические ледники, имеющие в основании тёплое ледяное ядро [3, 6, 7, 12], которое может значительно изменяться во времени под действием различных факторов [1, 2]. В той или иной мере термический режим ледника определяется интенсивностью процессов теплообмена в его приповерхностном слое. В этом слое толщиной 15—20 м затухают сезонные колебания температуры, проникающие с поверхности, и трансформируются тепловые потоки. Направленность тепловых потоков зависит от распределения температуры во льду, которое значительно различается в зимний и летний сезоны. Сезонные и межгодовые изменения температурного режима верхнего слоя ледника изучались на ледниках Новой Земли, Земли Франца-Иосифа и Шпицбергена во второй половине ХХ в. отечественными учёными [4]. Но влияние на термический режим ледника сезонных факторов — толщины снега и величины абляции — остаётся недостаточно изученным. Теплозащитные свойства снежного
покрова, влияющие на выхолаживание приповерхностного слоя ледника, определяются его термическим сопротивлением и зависят от стратиграфии снежного покрова и его коэффициента теплопроводности [8, 9].
Наблюдения на леднике Восточный Грён-фьорд проводились Шпицбергенской гляциологической экспедицией Института географии РАН в 2012—2014 гг. Основу работы составляло бурение неглубоких скважин и измерение температуры льда в них на разных глубинах в весенний и летний периоды. Бурение и термозондирование скважин на этом леднике уже проводились в 1975 г. экспедицией Института географии АН СССР [5], однако тогда был исследован только один участок на ледоразделе ледников Фритьофа и Восточный Грёнфьорд. В наших исследованиях было 15 участков для бурения скважин на леднике Восточный Грён-фьорд, на девяти из них температура льда измерялась как в весенний, так и в летний период. Положение скважин на леднике показано на рис. 1. Полученные результаты позволяют оценить сезонные изменения температуры льда, глубину затухания сезонных колебаний, а также
Рис. 1. Схема положения ледника Восточный Грёнфьорд (а) и толщина снежного покрова на леднике (см) в апреле 2013 г (б). Цифры на схеме — номера скважин Fig. 1. Scheme of East Gronfjord-breen (a), and the snow depth on the glacier (cm), April 2013 (б). The numbers in the scheme indicate boreholes
изменение теплосодержания верхнего слоя ледника в пространстве и во времени.
Ледник Восточный Грёнфьорд расположен в западной части Земли Норденшельда на о. Западный Шпицберген в верховьях залива Грёнфьорд (см. рис. 1, а). Длина ледника Восточный Грёнфьорд составляет около 5,3 км при средней ширине 1—1,2 км, площадь равна 7,6 км2 [1]. Ледник состоит из двух потоков льда, сливающихся в средней части на уровне 300—360 м. В верховьях ледник имеет широкий ледораздел с ледником Фритьоф (420 м), с которого берёт начало левый поток льда, и небольшую область фирнового питания в истоках правого потока. Язык ледника спускается к северу до высоты 40 м.
В последние десятилетия ледник Восточный Грёнфьорд сокращается. В 1990—2011 гг. его язык отступил на 700 м [1], а по данным 1975 г. [5] и современным измерениям поверхность ледоразде-ла понизилась на 36 м. Особенно заметные изменения произошли в последние 10—12 лет, когда в летний период снеговая линия поднималась выше отметки 500 м и ледник полностью оказывался в области абляции. Современные радиолокационные исследования [1] показывают, что на леднике Восточный Грёнфьорд не только сокра-
щается общая толщина ледника, но и изменяется положение тёплого и холодного слоёв льда. Подобное явление наблюдается и на некоторых других политермических ледниках Арктики [10, 11]. Авторы указывают на климатический характер изменений гидротермической структуры ледника, что должно быть связано с условиями прогрева и охлаждения ледника с поверхности.
Одна из задач наших исследований — изучить граничные условия на поверхности ледника и их пространственно-временные изменения, необходимые для моделирования термического режима ледника и сравнения с данными полевых измерений. На изменения в гидротермической структуре ледников указывает и тот факт, что за последние 10—15 лет у крупных ледников Земли Норденшельда — Альдегонда, Восточный и Западный Грёнфьорд, Дальфонна, Тавле — сильно сократились или совсем исчезли приледниковые наледи.
Методика исследований
Комплексные работы на леднике предусматривали: бурение; термометрические измерения температуры льда в скважинах; срочные измерения температуры на контакте снега и льда; из-
мерения снегонакопления и абляции по рейкам; ОР8-измерения положения скважин.
Неглубокое бурение на леднике проводили весной и летом 2012—2014 гг. Весенние работы были в апреле, до начала таяния снежного покрова, летние работы — в августе, в конце сезона абляции. Для бурения скважин использовались шнековые штанги с буровой головкой КоуаеБ диаметром 50 мм и переносной бензиновый мо-тобур. Для бурения выкапывали снежный шурф до поверхности льда. Место скважины маркировали деревянной рейкой для повторного бурения летом. Летом при отсутствии снежного покрова вокруг скважины делали каналы во льду для отвода талой воды, а при его наличии также выкапывался шурф. Первоначально выбор мест бурения определялся высотным профилем ледника. На рис. 1, а показано расположение скважин на леднике. Скв. № 1—3 находятся в зоне ледяного питания ледника, скв. № 4—10 — в области абляции. В 2013 г. пробурена скв. № 12 в верховье правой ветви ледника, где сохранилась область фирнового питания. Несколько ниже среднегодовой границы питания пробурены скв. № 7 и 11 по поперечному профилю ледника с целью рассмотрения различий в теплосодержании льда при влиянии локальных факторов.
Для термозондирования скважин использовали термокосу, представляющую собой многожильный экранированный кабель длиной 20 м. В него были впаяны семь медных термисторов на расстоянии 100 см друг от друга. Рекомендованный диапазон работы термисторов составляет от -55 до 125 °С, что вполне удовлетворяет условиям рабочего диапазона температур — от -15 до 0 °С. Для построения кривой «сопротивление-температура» в жидкостном термостате выполнено измерение сопротивления всех датчиков в 10 точках в температурном диапазоне от —8 до 0 °С. Измерения показали, что в этом диапазоне можно определить температуру с разрешением до 0,1 °С с точностью ±0,3 °С. Каждая скважина с помещённой в неё термокосой выстаивалась не менее 40 минут после окончания бурения, и только после этого, с интервалом в пять минут, измеряли температуру до момента стабилизации температурного профиля в скважине.
Срочные измерение температуры снега и льда вблизи поверхности их раздела проводились также с помощью автоматических датчиков тем-
пературы 1ВиИоп Б81921. Точность определения температуры составляет ±1 °С с разрешением 0,5 °С. Главное преимущество этих датчиков — возможность работать в автоматическом режиме длительное время — около одного года. Три датчика были установлены внутри тонких пластиковых труб около поверхности льда: верхний датчик — в 50 см над поверхностью льда в снежном покрове; средний — у поверхности льда; нижний — на глубине 50 см. Всего было установлено три трубы в точках бурения скв. № 1, 7 и 11.
Снегомерная съёмка на леднике проведена с шагом 300 м. В местах положения скважин были вырыты снежные шурфы, в которых описывали структуру снежной толщи и определяли плотность снега.
Поверхностную абляцию измеряли летом по сети абляционных реек, расположенных преимущественно в местах бурения скважин, и по тросику около скв. № 11.
Результаты исследований
Термометрические измерения в скважинах на леднике Восточный Грёнфьорд показали сложную пространственную картину распределения температуры в его приповерхностном слое. Самые низкие температуры в скважинах отмечены на языке ледника, а самые высокие — в верховьях ледника, в области накопления фирна. Условно мы называем эти скважины «холодными» и «тёплыми». Распределение
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.