Особенности сточных приледниковых озер Шпицбергена

Полный текст

Введение

Увеличение температуры воздуха на архипелаге с начала ХХ века (Hanssen-Bauer et al., 2019) привело к заметному сокращению оледенения Шпицбергена (Pfeffer et al., 2014). Отступание ледников в последние десятилетия носит ускоренный характер (Чернов, Муравьев, 2018). На освобожденных от ледников территориях таяние мертвых льдов и ледниковый сток привели к заметным изменениям ландшафта. Один из активных элементов ландшафта – приледниковые озёра, которые оказывают влияние на таяние массивов мертвых льдов и положение фронтов ледников в контакте с озёрами. На территории архипелага Шпицберген по состоянию на 2012 год насчитывается 705 приледниковых озёр (Ромашова, Чернов, 2023). Среди них отмечены многие крупные объекты, которые обладают значительной динамикой, связанной с изменением положения фронтов ледников и разрушением подпорных морен. При исследовании динамики выявлено увеличение количества приледниковых озёр и их укрупнение (Чернов, Ромашова, 2023). Приледниковые озёра – эффективные ловушки донных осадков и могут использоваться как инструмент для исследования современных изменений условий седиментации как в самих озёрах, так и в устьевых областях вытекающих из них рек (Kavan et al., 2022; Мещеряков и др., 2023; Усягина и др., 2023).

Трансформации ландшафта на периферии ледников и формирование приледниковых озёр непосредственно связано также с характеристиками вытекающих из них рек (Wołoszyn et al., 2022). Исследований, обобщающих речную сеть архипелага Шпицберген, крайне мало. Отдельные упоминания даны в работах (Hanssen-Bauer et al., 2019, Айбулатов и др., 2020). В статье рассматриваются сточные приледниковые озёра и характеристики рек, связанных с ними.

Задача исследования – выделить объекты и количественно оценить те озёра, которые обладают значительным водообменом и способствуют накоплению осадочного вещества, поступающего с ледниковым стоком.

Методика исследований

В работе рассмотрены приледниковые озёра площадью водного зеркала более 100 000 м², находящиеся в контакте с ледниками или конечными моренами и имеющие постоянный (ежесезонный) речной сток. Мы не учитывали озёра, подпруженные ледником, сток из которых непостоянен и может отсутствовать в течение нескольких лет, а также приледниковые озёра, не имеющие прямого питания талыми ледниковыми водами, такие как термокарстовые озёра на моренах.

Морфометрические характеристики приледниковых озёр архипелага (количество озёр, площадь, высота положения) были получены ранее в работе (Ромашова, Чернов, 2023).

Речная сеть приледниковых озёр архипелага оцифрована вручную, с использованием ортофотоплана картографического сервиса НПИ (электронный ресурс toposvalbard.npolar.no), в основе которого лежит аэрофосъёмка архипелага 2008–2012 гг. Для этого периода по материалам сервиса получены длины рек, место впадения и высота положения устья. Уклоны рек рассчитаны по их морфометрическим характеристикам.

Данные по оз. Бретьерна и стоку из него (промеры глубин, объем озёра, расходы воды и взвешенных наносов) были получены авторами в полевых исследованиях и отражены в научно-технических отчетах ФБГУ «ААНИИ».

Результаты исследований

По состоянию на 2012 г. на архипелаге Шпицберген из 705 приледниковых озёр 186 имели площадь более 100 000 м². Постоянный (ежесезонный) сток наблюдается у 98 из этих озёр, образующих речную сеть общей протяжённостью около 247 км. Согласно Инвентаризации приледниковых озёр (Ромашова, Чернов, 2023) большинство сточных приледниковых озёр расположены внутри современных морен и относятся к моренно-подпрудному типу (далее – МПО) – 52 озёра (53%). В контакте с ледником (далее – КЛО) находятся 30 озёр (31%), наименьшее число озёр расположено у границы современных моренных отложений без контакта с ледником (далее – КМО) – 16 озёр (16%).

Расположение сточных озёр разных типов, включая озёра, имеющие прямой сток в заливы, представлено на рис. 1. Практически все озёра типа МПО располагаются в центральной и западной территориях о. Западный Шпицберген. На востоке архипелага шесть озёр расположены на о. Эдж и три озёра на Земле Улафа V. Для о. Северо-Восточная Земля характерны озёра типов КЛО и КМО.

 

Рис. 1. Сточные приледниковые озёра арх. Шпицберген (площадью свыше 100 000 м²). 1 – контактирующие с ледниками озера (КЛО); 2 – конечно-моренные озёра (КМО); 3 – моренно-подпрудные озера (МПО); 4 – озёра различных типов, имеющие прямой сток в залив; 5 – наиболее перспективные озёра для исследования донных осадков

Fig. 1 Drainage periglacial lakes of the Spitsbergen archipelago (with an area of over 100 000 m²). 1 – lakes in contact with the glacier front; 2 – lakes in contact with the terminal moraine located beyond its borders; 3 – moraine-dammed lakes; 4 – lakes of various types with direct flow into the bay; 5 – the most promising lakes for studying bottom sediments

 

Озёра восточных территорий имеют небольшую динамику изменений по сравнению с динамикой озёр в западной части (Чернов, Ромашова, 2023). По-видимому, ледовый режим озёр и рек на северо-востоке архипелага также заметно отличается от западных территорий в связи с коротким периодом таяния и низким температурным фоном. Наибольший интерес представляют озёра, расположенные на западном побережье и в центральной части острова.

Преобладающее количество озёр (54%) имеет прямой сток в заливы архипелага. Другая часть озёр (29%) питает нижележащие озёра, составляя каскады и системы сточных водоемов. Наиболее малочисленная выделенная группа – озёра, речной сток которых является притоком более крупных рек (17%).

Сравнение морфометрических характеристик сточных озёр разных типов и их рек представлено в таблице, наиболее многочисленны озёра типа МПО. Озёра этого типа имеют значительные площади и входят в список крупнейших озёр архипелага. В нашем списке средняя площадь озёр составляет 1.5 км² (см. таблицу).

 

Таблица. Характеристики сточных приледниковых озёр Шпицбергена и их рек

Table. Characteristics of drainage periglacial lakes and their rivers in Svalbard

Тип приледникового озера	Количество озёр	Средняя высота уреза воды, м	Средняя (максимальная) площадь озера, км²	Средняя длина реки, км	Средний (максимальный) уклон рек, ‰	Количество озёр, реки которых впадают в морские заливы
Контактирующие с ледниками озера (КЛО)	31	101	1.49 (10.97)	2.82	28 (95)	14 (45%)
Моренно-подпрудные озера (МПО)	53	45	1.50 (17.31)	2.58	22 (133)	31 (58%)
Конечно-моренные озера (КМО)	14	57	0.45 (2.29)	1.65	21 (46)	8 (57%)
Среди них озера, впадающие в морские заливы	53	41	1.53 (17.31)	2.80	22 (133)	53 (100%)

 

Средняя протяженность водотоков для озёр разных типов оказалась небольшой, что определено, прежде всего, пространственным положением озёр – около морского побережья или крупных троговых долин. Средние показатели длин рек взаимосвязаны с положением озёр относительно ледника и его конечной морены. Озёра типа КЛО и МПО расположены около ледников, озёра типа КМО расположены ниже – за пределами конечных морен, что также видно при сравнении высот уреза воды.

Протяженность рек, источником которых служат приледниковые озёра, имеет широкий диапазон – от 30 м до 9.2 км, в среднем составляет около 2.5 км. Небольшая протяженность рек от области распространения ледников до устьев обусловливает их значительные уклоны, в среднем 23‰. Максимальные уклоны рек из озёр типа КЛО связаны с их высотным положением, в два раза превышающим другие группы озёр (см. таблицу). Для всех рассматриваемых озёр уклоны их рек имеют большие значения, характерные для рек горного типа. Уклон рек свидетельствует о бурном характере течения и высоких расходах при наполнении и стоке из озёр талых вод.

Отмечена характерная особенность: рассматриваемые приледниковые озёра архипелага имеют достаточно большие площади при небольшой протяженности их рек. Около половины озёр, расположенных на низких гипсометрических уровнях, являются проточными между ледниками и фьордами Шпицбергена (см. рис. 1), уклоны их рек соответствуют средним значениям – около 22‰.

Режим рек Шпицбергена обусловлен таянием снега и ледников в теплое время года с мая–июня по сентябрь–октябрь. В зимний период с понижением температуры воздуха ниже 0 °С, установлением ледяного покрова на озёрах и прекращением ледникового стока реки архипелага промерзают до дна. В летние месяцы июль, август, а часто и сентябрь наблюдаются пиковые расходы воды, нередко превышающие сток половодья; они вызываются выпадением осадков или повышением температуры воздуха.

Озеро Бретьерна принадлежит к МПО. На его примере рассмотрим интенсивность водообмена в озёрах данного типа и возможность их использования для изучения современной седиментации в приледниковых озёрах и эстуариях Шпицбергена. Характерный гидрограф стока рек (рис. 2) показан на примере приледникового озера Бретьерна, расположенного в западной части Шпицбергена.

 

Рис. 2. Гидрограф стока и расход взвешенных наносов из оз. Бретьерна в 2022 г. 1 – расход воды, м³/с; 2 – расход взвешенных наносов, кг/с

Fig. 2. Hydrograph and suspended sediment discharge from Lake Bretjerna in 2022. 1 – water discharge, m³/s; 2 – suspended sediment discharge, kg/s

 

Площадь приледникового оз. Бретьерна по состоянию на 2021 г. составляет 1.64 км² при объеме воды в озере 22.3 млн м³ (Ромашова, Чернов, 2022). Глубина озера достигает 27 м, средняя глубина равна 13.6 м. Так как высота уреза воды озера составляет 4 м, дно озера лежит ниже уровня моря. По данным экспедиционных исследований ААНИИ общий сезонный сток реки в том же году оценивается величиной порядка 62 млн м³, а средний сток за сезон в 2019–2023 гг. составил 66.6 млн м³, что в три раза превышает объем воды в озере. Исток реки оз. Бретьерна имеет устойчивое положение, поэтому заметных перепадов уровня озера не наблюдается. Предположено, что интенсивность водообмена в оз. Бретьерна – характерная особенность для крупных приледниковых озёр этого типа. Интенсивный водообмен в озёрах обусловлен активным таянием ледников и соответственно большими значениями ледникового стока. По-видимому, подобные озёра служат эффективными ловушками твердого стока с ледников, что подтверждается исследованиями донных осадков на оз. Бретьерна (Мещеряков и др., 2023).

Обсуждение результатов

Сравнение площади озёр различного типа и характеристик их рек указывают на определенное сходство объектов, которое, по-видимому, обусловлено общим генезисом их образования.

На основании полученных результатов выделено несколько крупных озёр типа МПО, которые могут быть интересными для исследования темпов седиментации в эпоху интенсивного сокращения оледенения. Озёра должны иметь значительную площадь (более 1 км²) и находиться поблизости от морского побережья. По оценке (Чернов, Ромашова, 2023) приледниковые озёра больших размеров предполагают наличие глубин более 10 м. Наличие плавающих айсбергов в акватории некоторых крупных озёр указывает на глубины свыше 20 м, а близость побережья дает преимущества в логистике при организации полевых работ. Всего выделено семь объектов в разных частях архипелага, оценки их глубин указывают, что дно этих озёр лежит ниже уровня моря. Этот факт также говорит о том, что такие объекты могут быть эффективными ловушками для ледникового стока и поэтому в них могут формироваться стратифицированные донные осадки, так же как в случае с оз. Бретьерна (Мещеряков и др., 2023).

Пять озёр (Требр, Эдем, Пенк, Речерч, Треди) расположены в западной и центральной частях архипелага и относительно доступны для исследований. Одно озеро (Курх) расположено на о. Эдж. Морфологические характеристики озёр и их динамика за последние 30 лет представлены в работе (Чернов, Ромашова, 2023). На севере архипелага среди многочисленных приледниковых озёр, имеющих контакт с ледником, наиболее перспективно для исследования донных осадков оз. Гроа (Gravanet). Его площадь составляет 1.45 км². Многочисленные водотоки с ледника Булдре впадают в озеро, а вытекающая из него река имеет длину 6 км и впадает в морской пролив.

Приледниковые озёра, расположенные в прибрежных зонах архипелага, выносят значительное количество взвешенного вещества во фьорды. Оз. Бретьерна по данным экспедиционных исследований ААНИИ ежегодно в течение сезона стока выносит в залив Гренфьорд около 400 т взвешенного вещества (см. рис. 2). А область шлейфа взвешенных осадков, выносимых в залив из самого крупного оз. Требр, может занимать площади более 40 км² (Kavan et al., 2022), достигая максимальных значений в период максимальных температур воздуха в конце июля. В то же время озёра, не имеющие контакта с ледником и находящиеся за пределами КМО, менее подвержены влиянию внутриледниковых отложений. Одно из таких озёр – оз. Стемме площадью 145 000 м² – выносит в залив Гренфьорд около 35 т взвешенного вещества при ежегодном речном стоке 5.5 млн м³. Протяжённость реки из оз. Стемме составляет 3.5 км. При этом сезонный вынос твердого вещества в залив Гренфьорд реками, не имеющими регулирования стока и осадков озёрами, в зависимости от площадных характеристик составляет от 20 т до 24 тыс. т.

Заключение

В горных странах и полярных областях приледниковые озёра – объект исследования, который позволяет оценивать климатические изменения ландшафта на основе изменчивости морфометрических характеристик озёр и при исследовании накопления в них донных осадков. Инструментальные измерения приледниковых озёр оказываются крайне сложной задачей из-за их труднодоступности. Крупные приледниковые озёра – уникальные объекты в силу своего масштаба и расположения около морского побережья. Рассмотрены 98 приледниковых озёр Шпицбергена, которые имеют постоянный сток в летний период. Реки, вытекающие из этих озёр, имеют значительные уклоны, характерные для горных районов. Большинство озёр на западе архипелага относятся к моренно-подпрудным, на северо-востоке преобладают озёра, контактирующие с фронтом ледника, но не подпруженные. Озёра разных типов и их реки имеют схожие морфометрические характеристики. Выделена характерная особенность этих объектов – значительные площади водного зеркала озёр (в среднем около 1.5 км²) и реки небольшой протяженности. На основе инструментальных измерений на оз. Бретьерна показано, что озёра имеют значительный водообмен. Определено несколько объектов, которые могут быть рекомендованы для исследований изменений седиментации в приледниковых озёрах и эстуариях морских заливов в условиях увеличения ледникового стока, связанного с современным сокращением оледенения с начала ХХ века.

Благодарности. Дистанционные исследование характеристик приледниковых озёр и их рек на архипелаге Шпицберген выполнены при поддержке гранта РНФ № 23-27-00312 «Формирование приледниковых озёр архипелага Шпицберген в условиях изменения климата».

Acknowledgements. Remote sensing studies of the characteristics of periglacial lakes and their rivers in the Spitsbergen archipelago were was supported by a grant from the Russian Science Foundation No. 23-27-00312. “Formation of periglacial lakes of the Svalbard under the conditions of climate change”.

Об авторах

К. В. Ромашова

ФГБУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт»

Автор, ответственный за переписку.
Email: romashova.kv@hotmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Р. А. Чернов

Институт географии РАН

Email: romashova.kv@hotmail.com
Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы