Ледниковые системы на территории России
По данным Каталога ледников России (первоисточник) в конце второй декады ХХI века на территории России находятся 22 ледниковые системы. Обширное покровное оледенение присутствует в Арктической зоне на архипелагах Земля Франца Иосифа (ЗФИ), Новая Земля и Северная Земля. Льдом покрыты остров Ушакова и острова Де-Лонга. В континентальной части России находятся 18 горно-ледниковых систем, двенадцать из которых питаются влагой Атлантики, а шесть – влагой, поступающей с Тихого океана. Восемь ледниковых систем, расположенных на Камчатке, Кавказе, Алтае, Кузнецком Алатау, Восточном Саяне, Кодаре, Баргузинском и Байкальском хребтах, лежат в умеренной зоне, а другие девять ледниковых систем, располагающиеся в горах Урала, плато Путорана, горах Бырранга, хребтах Орулган, Черского, горах Сунтар-Хаята, Корякском, Чукотском и Колымском нагорьях, относятся к субарктической зоне.
Рис. 1. Площадь ледников России 2017-2019 гг. (по данным Каталога ледников России, первоисточник)
По результатам дешифрирования космических снимков, полученных преимущественно в 2016-2019 гг. общая площадь оледенения на территории России в настоящее время составляет 54518 км2. Согласно принятым подходам к классификации ледников эту площадь занимают 7411 ледников. Самая крупная по площади ледниковая система располагается на архипелаге Новая Земля (22241км2). За ней идут Северная Земля (16775 км2) и Земля Франца-Иосифа (12530 км2). Следующая по размеру ледниковая система расположена в горах Кавказа и занимает площадь 1067,1км2. В данной работе мы рассматриваем ледниковую систему Кавказа как единый природный объект без учета государственных границ для сохранения целостной картины оледенения, необходимой в гляциологических исследованиях. В диапазон от 500 до 1000 км2 по площади попали два ледниковых района. Это Камчатка (682,8 км2) и Алтай (523,1 км2). Площадь оледенения Катунского хребта на Алтае, в настоящее время, разделенного государственной границей, также подсчитана для всего хребта в целом. Площадь ледников на арктическом острове Ушакова (283,1 км2), в горах Сунтар-Хаята (133 км2) и Корякском нагорье (254,1 км2) примерно одного порядка и занимает диапазон от 100 до 300 км2.
Рис.2. Алтай. Ледники, 2017 г. (по данным Каталога ледников России, первоисточник)
Самая многочисленная группа – это небольшие ледниковые системы, площадь которых не превышает 100 км2. Они расположены в разных широтных зонах. В арктической – острова Де-Лонга (65,2 км2). В субарктической – Урал (10,4 км2), плато Путорана (11,4 км2), горы Бырранга (29,9 км2), хребет Черского (86,4 км2), Чукотское нагорье (16 км2), северо-восток Корякского нагорья (42,2 км2). В умеренной зоне — Хребет Кодар (16,2 км2), Восточный Саян (12,9 км2).
Оставшиеся четыре района характеризуются самыми маленькими по площади ледниковыми системами. Это хребет Орулган и Колымское нагорье на северо-востоке России, Кузнецкий Алатау на юге Западной Сибири, и Баргузинский и Байкальский хребты в Прибайкалье. Несмотря на незначительные размеры, эти ледниковые системы имеют существенное индикационное значение, фиксируя зону распространения оледенения на исследуемой территории.
Рис.3. Алтай. Площадь Ледников, 2017 г. (по данным Каталога ледников России, первоисточник)
Изменение соотношения количества ледников разной площади отражает изменение типа ледниковой системы от арктических систем с преимущественно покровным типом оледенения к горному долинно-каровому и далее к карово-долинному и карово-висячему. Горные ледниковые системы в континентальной части России представлены преимущественно небольшими ледниками. Основное количество ледников (744) на территории российского Алтая – это ледники от 0.01 до 1 км2. В диапазоне от 15 до 21 км2 находятся только четыре ледника. На Кавказе 1829 ледников из 2046 имеют площадь от 0,01 до 1 км2. Площадь ледников на Урале колеблется от 0,01 до 0,59 км2. Аналогичная ситуация и в ледниковых системах хребтов Черского, Сунтар-Хаята, Орулган, Кодар, Восточного Саяна, Корякского нагорья, Колымского нагорья, Чукотского нагорья. Площадь наибольшего числа ледников там находится в диапазоне от 0,01 до 0,5 км2.
Рис.4. Алтай. Морфологические типы ледников (по данным Каталога ледников России, первоисточник)
Индикатором направления переноса влаги, а точнее направления ветров, при которых происходит выпадение твердых осадков, может служить экспозиция ледников. В континентальных ледниковых системах преобладают северные и северо-восточные экспозиции как по площади, так и по количеству. Восточная экспозиция ледниковых систем Полярного Урала, хребтов Орулган, Кодара свидетельствует о питании при западных ветрах. Экспозиция ледников хребтов Черского и Сунтар-Хаята – о южных ветрах с Охотского моря при выпадении осадков. Оледенение Срединного хребта на Камчатке относительно равномерно распределено между восточными и западными экспозициями, что говорит о примерно равном питании с Охотского и Берингова морей. Вместе с тем на юго-восточной Камчатке преобладает питание с востока. Ледниковые системы Алтая, Восточного Саяна имеют максимумы распределения оледенения на северо-востоке, отражая питание при юго-западных ветрах. Орографические особенности района также влияют на распределение оледенения по экспозициям. Например, на Новой Земле преобладание ледников северо-западной и юго-западной экспозиций определяется орографией. На земле Франца Иосифа оледенение в целом смещено на юго-восток, а на Новой Земле на северо-запад. Распределение ледников по экспозициям дает гораздо более верное представление о распределении ветров и переносе влаги, чем наблюдения на метеостанциях, где поле ветра искажается рельефом.
Нестабильные ледники
Кроме обычных ледников, колебания которых обусловлены изменениями климата, в ледниковых системах на территории России существуют нестабильные ледники. Режим нестабильных ледников (в том числе пульсирующих) определяется в первую очередь динамической неустойчивостью. Быстрые продвижения концов нестабильных ледников влекут за собой такие катастрофические явления, как сели, прорывы подпрудных озер, обвалы льда и др. Выявление таких нестабильных ледников и наблюдение за их режимом имеют большое научное и практическое значение.
На Кавказе выделено 23 ледника, известных своими подвижками (в их числе 4 пульсирующих – Колка, Девдоракский, Хрумкол и Муркар). Самый большой из таких ледников на Кавказе по площади – это ледник Большой Азау (16,42 км2), самый маленький (0,14 км2) – ледник № 267. В диапазоне от 0,14 до 7 км2 находятся 10 ледников. Площадь трёх ледников превышает 10 км2. Морфологические типы этих ледников – долинные, карово-долинные, сложно-долинные, конических вершин. Самый известный это — долинный ледник Колка, расположенный на северном склоне Казбек-Джимарайского массива.
На арктических островах и архипелагах нестабильные ледники идентифицированы на Новой Земле, где наблюдалась подвижка на леднике Стройном. У 15 ледников обнаружены признаки нестабильности, такие как крупные неравномерности в конфигурации наложенных и вложенных потоков и петлеобразный рисунок срединных и боковых морен, что предполагает вполне вероятную возможность подвижки. У 11 ледников видимые на снимках признаки нестабильности были выражены менее очевидно, что позволило отнести их в категорию ледников, для которых возможно возникновение подвижки. Камчатка – еще один район, где существуют нестабильные ледники. Это ледник обвальных цирков Черемошный и один из самых больших и известных ледников на Камчатке – кальдерно-долинный ледник Бильченок. Он является самым крупным пульсирующим ледником в горах России и расположен в северо-западной части Ключевской группы вулканов. Известны две его подвижки: 1959–1960 гг. и меньшая по масштабу подвижка 1982–1984 гг.
Приледниковые озера
Прорыв приледниковых озер и последующие образования селевых потоков относятся к опасным явлениям гляциального генезиса. Наличие приледникового озера в горной долине является важным критерием селеопасности этой долины и, несмотря на то, что точные прогнозы прорыва озер единичны, это более надежный критерий, чем наличие селевого очага. Кроме этого, факторами усиления селевой активности традиционно считают наличие массивов мёртвых льдов с термокарстовыми процессами и существование внутриледниковых полостей. Природные явления становятся опасными, если они приводят к риску возникновения экономического, экологического и социального ущерба.
Приледниковые озера существуют почти во всех ледниковых районах России. Самое большое количество (1830) идентифицировано на Кавказе, где более двух третей ледников имеют озера на своем предполье. Озера встречаются на Алтае (640 озера). Треть ледников на Урале также имеют приледниковые озера. В данном исследовании в трех континентальных ледниковых системах приледниковые озера не были обнаружены: хребет Орулган, хребет Черского, Колымское нагорье. Приледниковые озера распространены в Корякском нагорье (158), на Алтае (62) Наиболее хорошо изучены они на Кавказе и Алтае.
Рис. 5. Алтай. Приледниковые и подпруженные озера. (по данным Каталога ледников России, первоисточник)
Изменение площади ледников на территории России
Изменения ледников представляют собой наглядное следствие климатических изменений и играют важную индикационную роль. На локальном и региональном уровне изменения ледников ведут к изменению ландшафтов, активизации разрушительных природных явлений, что оказывает серьёзное влияние на хозяйственную деятельность, приводит к нарушению привычного уклада жизни местных жителей. Все это формирует запрос на актуальные данные о состоянии ледниковых систем.
Основной массив информации для оценки изменений предоставляет Каталог ледников СССР. По этим данным в 23 ледниковых системах на территории России во второй половине ХХ века насчитывалось 8422 ледника общей площадью 60056 км2. По данным дешифрирования космических снимков (Каталог ледников России), полученных преимущественно во второй декаде ХХI века площадь этих ледников сократилась на 5538 км2 или на 9,2%.
Площадь ледников, которые были исследованы уже после выхода в свет всех частей Каталога ледников СССР, составляла 69 км2. По нашим данным она уменьшилась на 9,7 км2 или на 12,3%. В целом, потери площади ледников оцениваются в 5594 км2 или 9,3 %. Величина изменения существенно отличается для разных районов.
Площадь полярного оледенения в процентном отношении сократилась менее значительно, чем площадь ледников горных районов. Значения колеблются от 5,94% (Новая Земля) до 19,11% (острова-Де-Лонга.). Меньше всего (5,94%) из полярных районов, отмечено сокращение самого большого по площади оледенения Новой Земли. Исключение составляет остров Врангеля, где не было обнаружено ни одного ледника из помещенных в Каталог ледников СССР. Уже во время составления Каталога ледников СССР отмечалось, что маленькие ледники на острове существуют в предельно возможных условиях и отнесение к ледникам небольших сложенных фирном и льдом образований было спорным.
Площадь ледников российской субарктики сократилась более существенно. Не были обнаружены маленькие ледники, существовавшие ранее в Хибинах. Ледники на Урале уменьшили свою площадь на 63 %. Немного меньше сократили площади ледниковые системы хребтов Орулган (46,6%), Черского (44,4%), Сунтар-Хаята (34%). Для ряда районов, находящихся в субарктической зоне (Чукотское, Колымское, Корякское нагорья, плато Путорана, Бырранга) получены совсем небольшие значения сокращения или даже увеличения площади. Это связано, в первую очередь с тем, что в Каталог ледников СССР и в результаты последующих исследований вошли данные не обо всех ледниках в этих районах. В рамках проекта были обнаружены новые ледники в горах Бырранга, Колымского нагорья, гор Путорана.
Сокращение площади ледниковых систем умеренного пояса находится в диапазоне от 57% (Восточный Саян) до 13% (Кодар). Самые крупные ледниковые системы Кавказа, Камчатки и Алтая уменьшили свои площади соответственно на 25, 22 и 39%.
По данным Каталога ледников СССР [6] в 1965–1975 гг. на Большом Кавказе насчитывалось 2048 ледников общей площадью 1408,7 км2. По состоянию на 2000 г. число ледников несколько возросло за счёт отчленения притоков крупных ледников, тогда как площадь оледенения уменьшилась до 1248 км2. К России относится территория Северного Кавказа, где в 2000 г. находился 1521 ледник общей площадью около 854 км2.
За время, прошедшее после составления Каталога ледников СССР, оледенение Кавказа сократилось на 28,2%. При этом площадь ледников северного макросклона Большого Кавказа уменьшилась немного больше (−28,5%) , чем на южном склоне (−27,6%). По данным [33] в 2014 г. на Кавказе было 2020 ледников общей площадью 1193,2 км², а оледенение сокращалось на 0, 44 % в год в в 1960–1986 гг. и на 0, 69% в год за период 1986-2014 гг. Полученные нами результаты показывают, что за период 1986–2018 гг. оледенение сократилось на 415 км² со скоростью 0,87 % в год. Таким образом, мы видим ускорение таяния ледников Кавказа.
На Камчатке идентифицировано 732 ледника общей площадью около 680 км² . По данным Каталога ледников СССР в середине XX в. на Камчатке насчитывалось 405 ледников общей площадью 874 км2. Следует отметить, что дальнейшие исследования оледенения данного района выявило множество ледников, не зарегистрированных в Каталоге ледников, поэтому прямое сравнение количества и площади ледников с данными современных исследований затруднено. Изменения площади оледенения различных районов Камчатки со времени каталогизации крайне неравномерны. Это связано с разнообразием природных условий полуострова. Так, площадь оледенения Кроноцкого полуострова за 1957–2013 гг. сократилась на 27,6% [34]. Оледенение вулканического массива Алней-Чашаконджа потеряло 19,5% площади за 1950–2010 гг. Площадь оледенения Ичинского вулкана с 1950 по 2010–2014 гг. практически не изменилась благодаря мощному моренному покрову, бронирующему языки ледников. В пределах Ключевской группы вулканов, наоборот, наблюдается небольшой рост площади оледенения – 4,3% (8,7 км2) с 1950 по 2010–2015 гг. [21]. Такая неоднородность в поведении ледников в разных районах Камчатки обусловлена разнообразием сочетаний форм макрорельефа, климатических характеристик и наличия (или отсутствия) современной вулканической активности.
Оледенение Алтая по данным Каталога ледников СССР занимало более 1500 км2. Из них на Россию приходилось около 871 км2 в северо-восточном секторе горной страны. По данным обработки снимков Sentinel-2 г. (2018 г.) на территории Алтая находится 720 ледников общей площадью 510,1 км2. За 65 лет исчезло 143 ледника, а 108 разделилось на 2–5 частей, площадь оледенения сократилась на 39%.
Результаты проведенных исследований подтверждают тенденции сокращения площади ледников на всей территории России. Исключение составляют ледники вулканических районов Камчатки, которые увеличили свои размеры или оставались стационарными, не имеют тенденции к сокращению, благодаря мощной поверхностной морене, состоящей из вулканогенного материала. Величина и скорость изменений параметров оледенения в разных районах России зависят от локальных климатических и орографических особенностей, а также от наличия или отсутствия фактора активного вулканизма.
Климатические изменения на севере Евразии и в районах горного оледенения на территории России во второй половине ХХ — начале ХХI вв.
Рис. 6. Аномалии температуры приземного воздуха, ºС, относительно 1951-1980 гг. (по данным GISSTEP и CRUTEM4.6.0.0) и атмосферных осадков, %, относительно 1966-1990 гг., в районах горного оледенения. Показаны 5-летние средние значения и тренды температуры за период 1951-2016 гг.
Общие тренды изменений ледников неразрывно связаны с глобальными климатическими изменениями. Особенности местного климата вносят свой вклад в региональные различия реакции ледников. Северная Евразия испытывает наиболее сильное воздействие современного потепления, которое в последние два десятилетия приобретает новые черты, связанные с пространственно-временным и сезонным распределением.
Существенные изменения климатических характеристик наблюдаются с начала прошлого столетия: тенденции температуры и осадков, с максимальным по величине ростом годовых значений температуры – до 2,5°С на юге Сибири, в Забайкалье, Приморье и на юге Европейской территории России (ЕТР), и осадков – до 100 мм на северо-востоке ЕТР и в Западной Сибири (Оценочный доклад, 2014; Climate Change, 2013), свидетельствует об определяющем вкладе севера Евразии в изменения климата Северного полушария (СП). Основные этапы потепления климата на севере Евразии с начала ХХ столетия, совпадают с ходом средней температуры по полушарию. Постепенный рост температуры на территории России зафиксировано уже с конца XIX столетия (Оценочный доклад, 2014). В первом десятилетии 1900-х гг. тенденция изменилась, но к началу 1920-х гг. рост температуры продолжился, последовала эпоха так называемого потепления Арктики – период 1930–40-х годов, когда повышение температуры было особенно заметно в северных широтах и достигало 0,8 °С (за период инструментальных наблюдений). Затем наблюдалось незначительное снижение температуры (в среднем, около 0,3 °С), которое иногда выделяется как период похолодания 1950–60-х годов. После некоторой стабилизации температурного режима в 1970-е годы, с начала 1980-х годов средняя годовая температура воздуха в России устойчиво повышается до середины 1990-х – начала 2000-х годов. Рост годовой температуры в этот период соответствует современному глобальному потеплению и в среднем по территории России составляет примерно 1°С. С середины 1990-х в течение почти 20 лет, согласно данным инструментальных наблюдений (Второй оценочный доклад Росгидромета, 2014), на севере Евразии увеличивается повторяемость аномально холодных зим, что отразилось в замедлении темпов роста приземной температуры в масштабе полушария (IPCC, 2013) и позволило говорить о паузе в глобальном потеплении.
Наиболее характерным процессом в режиме атмосферной циркуляции, определяющим частоту, интенсивность и другие параметры атмосферных образований, является усиление и ослабление зонального переноса. Влияние этих процессов проявляется в региональной структуре климатических аномалий, в первую очередь, зимней температуры на севере континентов Северного полушария. В зоне высоких широт этот сезон отличается наиболее интенсивной зональной циркуляцией – ведущим климатообразующим фактором в это время года, формирующим как средний климатический режим, так и поля климатических аномалий. В летний сезон зональный перенос воздушных масс ослабевает в силу сезонного уменьшения градиента давления между полюсом и тропиками, поэтому его колебания тесно связаны с повторяемостью блокирующих антициклонов, формирующих условия для экстремальной жары и засухи.
Вторая половина ХХ столетия, таким образом, демонстрирует наиболее значительные за период инструментальных наблюдений изменения температурного режима, как в глобальном масштабе, так и в масштабе субконтинента. В тоже время отмечается существенная неоднородность наблюдаемых тенденций во времени и пространстве, особенно заметная с середины 1990-х. Очевидно, природа этой неоднородности в изменениях крупномасштабной атмосферной циркуляции, вариациями которой определяются региональные аномалии температуры и осадков, включая их пространственное распределение и интенсивность.
Лето. С середины столетия (1950-2016 гг.) рост летней температуры от 0.5ºC до 2.5ºC за 67 лет фиксируется по всей России, причем на подавляющей части территории он превышает 1ºC/67 лет.
Тренды летней температуры в 1950-2016 гг., осредненные для районов горного оледенения, в целом, отражают распределение ее роста по территории России, и позволяют представить более точные характеристики изменений, произошедших за 1950-2016 гг. Наибольший рост наблюдается в горах Дальнего Востока с максимумом 2.2ºC/67 лет в Корякском нагорье, наименьший, 0.9ºC/67 лет, — на Крайнем Севере в горах Бырранга. Около 1.5ºC/67 лет составил рост температуры на Кавказе и в горах Путорана, более 1ºC/67 лет – на Алтае, в Саянах, Кузнецком Алатау, хр. Кодар и на Полярном Урале.
Интенсивный рост летней температуры начинается с 1990-х гг., происходящий, в отличие от зимнего сезона, на фоне низкой межгодовой изменчивости, соотношение вклада тренда в общую изменчивость для лета и зимы – 63% и 20%, соответственно. Это делает летнее потепление весьма критичным в воздействии на природную среду, в том числе на горные ледники Северной Евразии. Другая закономерность температурных изменений летнего сезона – это существенная пространственная и временная неоднородность.
В 1985-1995 гг. почти вся Северная Евразия была в зоне роста температуры, хотя на большей части территории он не превышал 0,5ºC. В горах Дальнего Востока и на Полярном Урале аномалии уже в это десятилетие достигали 1ºC, на Крайнем Севере, напротив, температура понизилась на 0,5ºC. В следующем десятилетии, 1995-2005 гг. изменение летней температуры более 1ºC охватывает всю территорию, исключение составляет северо-восток европейской части России, Средний и Полярный Урал, центр и юг Западной Сибири, где рост температуры не превышает 0.5ºC. До 1.5ºC (а местами выше) возросла температура на юге Восточной Сибири и на арктическом побережье Чукотки. В 2005-2015 гг. продолжается рост тепловой нагрузки, особенно значительный на большей части европейской части России – до 1,5-2ºC, на юге Северном Кавказе – до -2.5ºC. Крайний Север, Камчатка и основная часть Восточной Сибири также в зоне роста до 1-1.5ºC, местами, например в восточной часть водосбора р. Лены, изменение температуры достигает 2ºC. Структура поля аномалий в 2005-2015 гг., очевидно, отражает усиление межширотного обмена и характерное для блокирующих антициклонов распределение аномалий температуры. Такое распределение с заметным ростом температуры на ЕТР и на Дальнем Востоке связано с увеличением повторяемости процессов, экстремальным проявлением которых стала катастрофическая жара на ЕТР в июле 2010 г. Почти все районы оледенения оказались в зоне аномалий 1-1,5ºC, за исключением Полярного Урала и Алтая, оказавшегося на периферии области аномалии противоположного знака, локализованной на юге Западной Сибири.
Результаты демонстрируют рост летней температуры в районах горного оледенения. На фоне общего значительного потепления с конца 1980-х-начала 1990-х гг., выявляются различия в скорости этого процесса для разных регионов, чем во многом объясняется наблюдаемая неравномерность современной деградации ледников.
Зима. В зимние месяцы (включая март, который в умеренных широтах, по существу, является зимним) ослабление зональной циркуляции проявляется не только в температуре, как это было отмечено выше, но и в аномалиях осадков, которые могут быть ощутимы для режима питания горных ледниковых систем. В период пика зимнего потепления 1985-1995 гг. (и наибольшей интенсивности зональной циркуляции над севером Евразии) на основной части европейской территории и Сибири наблюдается рост зимних осадков до 20%, хотя существенные аномалии, до 40%, отмечаются лишь локально – на Крайнем Севере в устье Енисея и бассейне Хатанги (рис.6 а). Ряд регионов, в их числе Полярный Урал, Алтай и Саяны при этом испытывают дефицит осадков до 20%. В зоне дефицита осадков – Приморье, Хабаровский край и Дальний Восток (за исключением юго-востока Чукотки), в среднем он не превышает о 20%, на западе Чукотки – до 40%.
В следующем десятилетии ситуация существенно меняется в Центральной Сибири, где на значительных северных территориях, от нижнего течения Енисея до бассейна Леной знак аномалий меняется в сторону дефицита, а на юге в верхнем течении Оби и Енисея, напротив, осадки увеличиваются до 40%. Рост осадков наблюдается в Приморье и Хабаровском крае, а также на северном побережье Охотского моря. Дальний Восток, в целом, а также часть Якутии, в зоне сокращения осадков, на востоке Чукотки – до 60%.
В 2005-2015 гг. зона дефицита осадков смещается на юг и восток, в бассейн Лены. На остальной территории Сибири, за исключением северо-запада и севера Урала, осадки растут, особенно заметно на юге, в Прибайкалье, до 40% и на севере западной Сибири – до 40%, местами до 60%. Такой же рост осадков наблюдается в Хабаровском крае и на Сахалине, до 60%, и на побережье Охотского моря, до 40%.
Разнонаправленные тенденции в изменениях осадков показывают, что в ряде регионов с середины 1990-х гг. горное оледенение испытывают двойное отрицательное влияние роста летней температуры и существенного дефицита осадков (это горы Бырранга и хр. Черского), в других наблюдается рост осадков, что может отчасти компенсировать воздействие летнего потепления (Северный Кавказ, Алтай, Восточный Саян).
Литература
Хромова Т.Е., Носенко Г.А., Глазовский А.Ф., Муравьев А.Я., Никитин С.А., Лаврентьев И.И. Новый Каталог ледников России по спутниковым данным (2016–2019 гг.). Лёд и Снег. 2021; 61(3):341-358 (первоисточник).
Khromova, T., Nosenko, G., Nikitin, S. et al. Changes in the mountain glaciers of continental Russia during the twentieth to twenty-first centuries. Reg Environ Change 19, 1229–1247 (2019) (первоисточник).