научная статья по теме РЕЧНОЙ СТОК НА О. ШПИЦБЕРГЕН ЗИМОЙ Геофизика

Текст научной статьи на тему «РЕЧНОЙ СТОК НА О. ШПИЦБЕРГЕН ЗИМОЙ»

УДК 556.16<<324>>(481-922.1)

Речной сток на о. Шпицберген зимой

И. Ю. Соловьянова*, Б. Р. Мавлюдов**

Несмотря на пересыхание (перемерзание) рек в зимний период ледниковый сток на Шпицбергене существует. Он выражается в виде обширных наледей в краевых частях политермальных ледников. Приледниковые наледи — широко распространенное явление на архипелаге. Образование их возможно в результате особого термического строения политермальных ледников. Теплый нижний слой льда способен вмещать во внутриледниковых полостях большие объемы талых вод. По данным наблюдений, максимальная наледь имела площадь 4—5 км2, а ее объем исчислялся 8—10 млн. м3. Средний зимний расход, образовавший данную наледь, был равен 0,42 м3/с. Средняя плотность наледного льда 0,75 г/см3. Строение наледей разнообразно и зависит от места выхода воды и размеров приледниковой долины. Однако нет данных о скорости нарастания наледей, датах начала и завершения формирования. Доля зимнего стока в общем объеме речного стока несущественна и составляет около 1—5%. Точность определения объемов зимнего стока также крайне мала. Однако при водобалансовых наблюдениях эти объемы необходимо учитывать.

Сток на архипелаге представлен в основном небольшими реками с площадью водосбора от нескольких до 100—150 км2. По степени оледенения водосборного бассейна реки Шпицбергена можно разделить на три типа: с процентом оледенения водосборов более 60%, менее 60% и с нулевым оледенением. В последние десятилетия ледники архипелага находятся в стадии деградации [7], большие территории освобождаются от ледникового покрова, который переработал, а чаще — уничтожил доледниковую речную сеть. В одних случаях речная сеть восстанавливается, в других — формируется заново. Неотектоническое поднятие, которое в настоящее время испытывает территория архипелага, также способствует омолаживанию речной сети.

Большинство работ по изучению ледникового стока на архипелаге проводилось в речных бассейнах с политермальными ледниками ([3, 5, 10, 15, 16, 20, 28] и др.). Это долинные и выводные ледники, имеющие температуру нижнего слоя льда около 0°С. Гидрологические наблюдения на холодных ледниках (с температурой всей ледяной толщи ниже 0°С) проводились редко [19].

В период с середины мая и до конца июня питание рек исключительно снеговое. После схода снежного покрова питание рек происходит за счет талых ледниковых и мерзлотных вод, жидкие осадки формируют лишь

* Арктический и антарктический научно-исследовательский институт.

** Институт географии Российской академии наук.

около 1/5 общего стока [4, 26]. Основная часть ледникового стока приходится на июль — август, так, например, за период 1989—2003 гг. для р. Баелва он составлял соответственно 40,5 и 28,9% общего стока, для р. Де Геер это распределение выглядит немного по-иному: 50,1 и 24,1% соответственно [24]. Осенние паводки, вызванные выпадением большого количества жидких осадков, бывают в несколько раз интенсивнее "весеннего" половодья. Максимальный расход, наблюдавшийся на р. Вальдемар, отмечался в начале сентября, и он в 10 раз превышал максимум весеннего половодья. Это происходит потому, что осенние дожди, вызванные влиянием прихода теплых воздушных масс [23], увеличивают абляцию на ледниках в несколько раз, и в сумме с жидкими осадками обусловливают экстремально большие расходы воды. Установление устойчивого снежного покрова происходит в среднем во второй половине сентября. Как правило, к концу октября вода в реках промерзает до дна.

Несмотря на отсутствие воды в реках архипелага с октября по середину июня, зимний сток с политермальных ледников все-таки существует, и иногда он достаточно существенен. О существовании зимнего стока свидетельствуют многочисленные приледниковые наледи, которые являются доминирующим типом наледей на Шпицбергене [5, 8, 21]. Распространение наледей зависит от места выхода ледниковых вод: из гротов на языках ледников, зон мертвого льда, из боковых и конечных морен, а также от характера миграции воды в снежном покрове.

На Шпицбергене существуют четыре типа наледей [9]: связанные с выходами грунтовых (мерзлотных и межмерзлотных) вод на поверхность; ассоциирующиеся с пинго; речные наледи и наледи, образованные выходами внутриледниковых и подледниковых вод. Размеры наледей зависят от объема зимнего стока, местоположения выходов ледниковых вод и морфологии приледниковых долин. Максимальные по размерам наледи с площадью до нескольких квадратных километров и объемом в миллионы кубических метров образуются у крупных выводных ледников, оканчивающихся на значительном расстоянии от моря в широких плоских долинах. В зависимости от средней высоты водосбора и объема наледи последняя может сохраняться до конца августа, а иногда даже до наступления холодного периода, образуя тем самым многолетние наледи. Такая наледь образуется в верховьях долины Сассендален у ледника Работ, ее площадь 4—5 км2, объем 8—10 млн. м3.

У малых ледников возникают небольшие по объему наледи. Так, у ледника Ловен Восточный в 1980 г. возникала наледь площадью 0,1 км2, объемом 100 тыс. м3 [13]. Предполагается, что она была сформирована внутри-ледным потоком с расходом 0,005 м3/с. На спутниковых фотографиях наблюдались наледи и у ледников Ловен Центральный [12] и Педерс [14].

При стереоскопическом обследовании материалов аэрофотосъемки всего архипелага, выполненной в 1990 г. Норвежским полярным институтом, были обнаружены наледные поля у 217 ледников [11]. Аэрофотоснимки разных лет свидетельствуют о том, что наледи встречались в основном у политермальных ледников, а также около тех, которые ныне считаются холодными. Таким образом, наличие или отсутствие наледей говорит о гидротермическом режиме ледника.

У края ледника Вереншельда [10] ежегодно отмечалась наледь площадью около 0,5 км2, толщиной 2—4 м (в среднем 2,5 м), которая к концу сезона абляции исчезала. Наледь на равнине перед ледником Гос 30 июля 1971 г. занимала площадь 2,5 км2 при толщине в центральной части до 4 м, по краям — до 2 м. Если предположить, что рост наледи продолжался с сентября 1970 г. по май 1971 г. при средней плотности наледного льда 0,75 г/см3, тогда средний расход воды, сформировавший подобную наледь, должен быть не менее 0,3 м3/с [10]. Интересно отметить, что в период с 1957 по 1960 г. эта наледь не наблюдалась.

В мае 2000 г. у языка ледника Дрен была закартирована наледь площадью 0,33 км2, которая к концу лета исчезла [18]. По аэрофотоснимкам 1990 г. удалось выяснить, что наледь в то время имела примерно такие же размеры. Зимний сток в 2001 г. из-под ледника прослеживался на расстоянии 500 м от края ледника. Объем наледного льда был оценен в 0,8 млн. м3, что соответствует среднесуточному расходу воды около 0,03 м3/с. Предполагается, что зимний сток с ледника мог происходить из слоя моренных отложений, толщина которых под ледником достигает 3 м. Типичное строение наледи показано на рис. 1.

В период экспедиционных работ ААНИИ в мае 2003 г. были обнаружены две обширные наледи в бассейне р. Альдегонда. Первая располагалась у языка ледника и имела площадь 1500 м2. В верхней части наледи отмечался выход воды с температурой 0,2°С (2 мая 2003 г.). Вторая наледь была обнаружена в русле р. Альдегонда примерно в 200 м от места впадения реки во фьорд. Длина наледи составляла 120 м, ширина — 15 м. На этой наледи были обнаружены многочисленные трещины и бугры пучения в том месте, где она имела наименьшую ширину — в узком каньоне коренных пород. Русловая наледь, так же как и приледниковая, в течение периода наблюдений имела постоянный приток воды. При измерении температуры воды оказалось, что она на 0,1 °С выше, чем температура воды в при-ледниковой наледи, и составляет 0,3 °С. Разность температур воды, по-видимому, отражает различие в генетическом типе этих наледей, более холодная вода поступает из внутри- и подледниковых полостей, а более теп-

Рис. 1. Разрез типичной наледи ледника Вальдемар по данным [16].

лая — из подмерзлотных грунтовых вод. После ночных заморозков, достигавших -10°С, лунка с открытой водой покрывалась лишь тонким слоем льда, который довольно легко нарушался даже при незначительной механической нагрузке. Разрушение ледяной корки приводило к тому, что находящаяся под давлением вода выходила на поверхность в течение 30 мин в виде небольшого фонтана, после чего напор воды ослабевал, и в дальнейшем вода вытекала из лунки небольшим потоком (без фонтана). Интересно отметить, что в мае 2002 г. наледи не были обнаружены ни у ледника, ни в речной долине, хотя температурный режим зим 2002 и 2003 гг. мало различался. Ледник Альдегонда существенно отступил за лето 2003 г., обнажив два выступа ригеля. Вероятно, в результате этого подледниковые воды получили возможность беспрепятственного выхода на поверхность приледниковой равнины, еще недавно покрытой льдом. Именно поэтому в мае 2004 г. в долине р. Альдегонда были обнаружены многочисленные наледи — большая приледниковая и четыре русловые, таяние которых продолжалось до середины июля. Площадь приледниковой наледи в два раза превышала площадь наледи в 2003 г. и составляла 3000 м2 при средней толщине льда около 0,7 м. Средний расход воды за зиму, рассчитанный по объему этой наледи, равнялся 0,065 м3/сут.

Если предположить, что вся вода, вытекающая из-под ледника Альде-гонда, располагалась во внутриледных и подледных каналах, и вся вытекшая вода составляет сработанный объем каналов, то по объему приледни-ковых наледей можно оценить примерные размеры емкостей внутренней дренажной системы ледника, срабатываемые за зиму. Если оценить общий объем наледей в 10 тыс. м3, то можно сказать, что воды, образовавшие данный объем, дренировали примерно около 3 км каналов радиусом в 1 м, что выглядит вполне правдоподобно.

Поскольку толщина слоя холодного льда на леднике составляет около 100 м [1], а средняя температура льда -1°С, скорость смыкания канала радиусом 1 м (уменьшение радиуса) вначале составит примерно 1 см/сут, но будет падать с уменьшением радиуса канала. Таким образом, за зиму (около 200 сут) такой канал почти полностью с

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