Лёд и Снег • 2014 • № 4 {128)
Ледники и ледниковые покровы
УДК 551.324.3
Толщина, объём льда и подлёдный рельеф ледника Джанкуат (Центральный Кавказ)
© 2014 г. И.И. Лаврентьев1, С.С. Кутузов1, Д.А. Петраков2, Г.А. Попов2, В.В. Поповнин2
1Институт географии РАН, Москва; 2Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
ilavrentiev@gmail.com
Ice thickness, volume and subglacial relief of Djankuat Glacier (Central Caucasus)
I.I. Lavrentiev1, S.S. Kutuzov1, D.A. Petrakov2, G.A. Popov2, V.V. Popovnin2
institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Moscow; 2Moscow State University
Статья принята к печати 13 июня 2014 г.
Кавказ, ледник Джанкуат, объём ледника, радиозондирование, толщина льда.
Caucasus, Djankuat Glacier, glacier volume, ice thickness, radar sounding.
Анализируются результаты радиолокационных измерений и моделирования толщины льда опорного для Центрального Кавказа ледника Джанкуат. Несмотря на всестороннюю изученность, площадная инструментальная съёмка толщины льда на этом леднике до сих пор не проводилась. В 2012-2013 гг. на леднике Джанкуат при помощи моноимпульсного радиолокатора ВИРЛ-6 с центральной частотой 20 МГц пройдено более 20 км профилей, перекрывающих основную часть ледника. Стандартная ошибка измерений составила 2,5% измеряемой величины. Впервые были построены детальные карты толщины льда и подлёдного рельефа ледника, основанные на фактических данных. Максимальная измеренная толщина ледника составляет 105 м при средней толщине 31 м. Объём ледника Джанкуат без учёта Джантуганского плато, согласно данным инструментальных измерений, составил 0,077±0,002 км3. Карты толщины льда, построенные на основе радиолокационных измерений, дополнены результатами моделирования толщины льда с помощью модели GlabTop. Показано, что модель достоверно воспроизводит распределение толщины льда. Предложен и реализован подход, позволяющий корректировать параметры модели по данным прямых измерений.
Results of measurements and modeling of the Djankuat Glacier ice-thickness (Central Caucasus) are presented and discussed. In 2012-2013, more than 20 km of radio-echo sounding profiles covering the main area of the glacier were obtained using monopulse radar VIRL-6 with its central frequency of 20 MHz. The first detailed maps of the ice-thickness and the bedrock topography were constructed these data. According to the measurements the maximum and average values of the ice thickness are 105 m and 31 m, respectively.
Введение
Ледник Джанкуат на Центральном Кавказе — объект комплексного гляциологического мониторинга. Наблюдения за этим долинным ледником начаты в 1965 г. в рамках Международного гидрологического десятилетия (МГД) сотрудниками МГУ имени М.В. Ломоносова. Основная цель этих работ — совместные измерения балансов льда, жидкой воды и тепла. Выбор ледника Джанкуат обусловлен сходством его морфометри-ческих характеристик со среднестатистическим ледником Кавказа [20]. С 1968 г. наблюдения ведутся непрерывно. Исследования позволили разработать [12] и усовершенствовать методики наблюдений и расчёта баланса массы, воды и тепла, установить тенденции эволюции ледника и прогнозировать его изменения в будущем. Получены и другие интересные результаты [20]. В 1960-70-х годах ледник Джанкуат был одним из полигонов
по апробации геофизических методов исследований [12]. По продолжительности прямых инструментальных наблюдений и детальности полученных данных этот ледник можно считать наиболее изученным в России.
Единственным «белым пятном» в исследовании ледника Джанкуат до настоящего времени было отсутствие площадных инструментальных данных о толщине льда, необходимых для точного расчёта объёма ледника. Толщина льда — один из основных параметров ледника, остающийся почти всегда неизвестным. Хотя именно данные о толщине льда необходимы для расчёта объёма и массы ледника, запасов воды в нём, а также для корректного прогноза изменений геометрии ледника. К настоящему времени прямые измерения толщины льда выполнены только на 0,1% [29] из примерно 198 тыс. горных ледников [37]. Большинство измерений сделано вдоль отдельных про-
филей или в отдельных точках. Данные площадных радиолокационных съёмок, необходимые для определения объёма, доступны для существенно меньшего числа ледников.
В 1950—60-е годы основным и наиболее точным способом получения данных о толщине и объёме ледников были методы отражённых и преломлённых волн [15]. Позднее появился радиолокационный метод, обеспечивающий высокую (2— 3%) точность измерения толщины льда в пеших маршрутах или с наземного и воздушного транспорта. Первые работы по радиолокационному измерению толщины льда на Кавказе проведены в конце 1960-х — начале 1970-х годов на ледниках Марух и Джанкуат. Аппаратура была тяжёлой, измерения можно было выполнять только в отдельных точках, отсутствовала надёжная их привязка, да и точность самих измерений была невысока [12, 13]. Это приводило к тому, что выполнить площадную наземную радиолокационную съёмку горного ледника было практически невозможно.
Всё изменилось с разработкой нового поколения радаров, позволяющих вести измерения в сложных условиях высокогорья, на участках, ранее считавшихся недоступными. Один из таких радаров — моноимпульсный локатор ВИРЛ-6 с центральной частотой 20 МГц, с системой цифровой регистрации радарных и навигационных данных и с длиной антенны 12 м [18]. Комплект оборудования вместе с источниками питания весит около 10 кг и легко монтируется на двух рюкзаках. Измерения проводятся в пеших маршрутах вдоль и поперёк ледника с таким расчётом, чтобы максимально покрыть измерениями всю его площадь. В последние годы с помощью радара ВИРЛ-6 измерены толщины нескольких ледников на Кавказе, в частности ледника Марух [10] и Западного ледникового плато в привершинной области Эльбруса [11]. Полученные инструментальные данные использованы для построения карт толщины льда, подлёдного рельефа и расчётов объёма льда.
На леднике Джанкуат построение карт толщины льда и расчёт его объёма проводились неоднократно. Явный недостаток полученных материалов — малый объём (или отсутствие) инструментальных данных. Так, первая схема распределения мощностей льда составлена по результатам точечных геофизических исследований и бурения, выполненных главным образом на языке ледника [12]. Этих данных было, безусловно, недостаточно для построения реальной карты ложа и толщины всего ледника, а также надёжной оценки объёма
льда. В начале 2000-х годов опубликована карта расчётной толщины ледника Джанкуат по состоянию на 1996 г., полностью построенная с применением косвенной модифицированной методики Дж. Ная [8]. Позднее была составлена карта расчётной толщины ледника на основе карты К.Ф. Во-йтковского и топографической карты ледника на 2006 г. [19]. В обеих работах приводятся также карты рельефа подлёдного ложа. Полученные без данных инструментальных измерений карты наглядно отображают закономерности распределения толщины льда, однако оценки толщины и объёма льда, как будет показано далее, изрядно завышены.
В настоящей статье приводятся данные о толщине, объёме льда и подлёдном рельефе опорного для Кавказа ледника Джанкуат, полученные в результате наземной радиолокационной съёмки 2012—2013 гг., а также с помощью моделирования толщины льда.
Исследования 1960—70-х годов
В конце 1960-х — начале 1970-х годов для изучения внутреннего строения и толщины ледника Джанкуат и ледниковых отложений был применён комплекс геофизических методов, в состав которого входили гравиметрические и сейсмометрические исследования, вертикальное индукционное и электрозондирование, термоэлектробурение, а также радиолокационное зондирование. Рассмотрим те из них, по результатам которых была построена первая карта толщины льда.
Гравиметрические исследования толщины льда проведены в 100 точках по шести поперечным профилям и одному продольному с помощью гравиметров ГАК-7 в 1968 г. [9]. На рис. 1 показаны три профиля на языке ледника, результаты измерений вдоль которых дали самые надёжные результаты. Измеренная толщина ледника Джанкуат вдоль этих профилей оказалась равной соответственно 40—50, 80—100 и 30—50 м, что в целом, с учётом среднеквадратической ошибки определения мощности льда вдоль каждого из профилей ±7^8 м, согласуется с данными термобурения в этой же части ледника.
Сейсмометрические измерения толщины льда проводились в 1970 г. по четырём профилям протяжённостью 62 м каждый в верхнем и нижнем цирках, у границы питания и на языке ледника [1, 2]. Для измерений применяли портативную одноканальную сейсмическую установку ОСУ-1 с индикацией волновой картины на экране электронно-лучевой трубки и фоторегистрацией. Из
42°4$' 42°46' в д
Рис. 1. Пункты и маршруты геофизических исследований на леднике Джанкуат в 1960—70-х годах* и 2012—2013 гг.: 1 - точки ВИЗ; 2 - точки ВЭЗ; 3 - точки термоэлектробурения; 4 - профили гравиметрических измерений; 5 - профили радиолокационных измерений 1974 г.; 6 - точки радиолокационных измерений 1974 г.; 7, 8 - профили современного радиозондирования (2012 и 2013 гг. соответственно); 9 - участки профилей с двойным отражением от ложа; 10 - контур ледника на 2013 г. *Здесь и в источнике [12] отсутствуют профили сейсмозондирования в области аккумуляции; позиции 1—6 приведены по данным [12]
Fig. 1. Sites and routes of geophysical surveys at Djankuat Glacier in 1960-70th* and 2012-2013:
1 - VIS sites; 2 - VES sites; 3 - thermo drilling sites; 4 - ground base gravimetric profiles; 5 - 1974 RES profiles; 6 - 1974 RES sites; 7, 8 - 2012 and 2013 RES profiles; 9 - RES profiles with double reflection from bedrock; 10 - 2013 glacier boundary. *There are no profiles of seismic survey in accumulation area shown here and in [12]; рoints 1-6 taken from [12]
всех профилей надёжные отражения с глубин 56 и 22 м были получены только в одной точке в верхней части языка.
Вертикальное индукционное зондирование позволяет исследовать в стационарном режиме структуру электромагнитных волн, длина которых соизмерима с геометрическими размерами установки
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.