XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Летом 1999 года у северной оконечности термокарстового озера были обнаружены два ствола лиственницы, лежащих в воде недалеко от берега. [4] Деревья были покрыты корой, как будто свежесрубленные. Диаметры их стволов доходили до 250 мм. Вокруг озера, кроме кустарников ивняка высотой 1-1,5 метра, не было ни каких деревьев. Не было даже мелокорослой лиственницы. Тогда складывалось впечатление, что на берег озера кто-то занес стволы лиственницы с редкими сучьями, мощными корневищами и бросил их в воду. Естественно никто эти деревья не заносил. До наших дней подобные реликты сохранились лишь потому, что попали в воду. Любой сухостой в этой местности давно бы сожгли оленеводы-кочевники, которые зимой подходят к поселку на забой оленей или охотники, промышляющие водоплавающую дичь весной и осенью. А с вмороженной в лед лиственницей никто заниматься не будет. Так сохранились до наших дней, когда-то произраставшие здесь реликтовые деревья. В то время озеро было большим и полным.

Наблюдение за озером проходило ежегодно с 2000 по 2006 годы [4]. Озеро в жаркие лета 2002 и 2004 годов несколько мелело. Надо отметить, что зима 2005-2006 года была особенно жестокой. В январе 2006 года в поселке днем отмечалось -58°C, а ночью температура опускалась до -64°C. Зима 2004-2005 года тоже была холодной, с устойчивой и продолжительной температурой — 40°C - 45°C в январе и феврале месяцах. Состояние озера не вызывало ни каких опасений. Количество воды в нем менялось согласно выпавшим осадкам. Последний раз озеро посещалось в 20-х числах сентября 2006 года уровень воды в нем был достаточным и обнаруженные еще 1999 году деревья по прежнему лежали в воде на свих местах[4].

Некоторое время озером не интересовались, но в 2012 году была затронута тема цикличности климатических изменений на Крайнем Севере. Вспомнили про термокарстовое озеро, в котором находились реликтовые деревья. С ноября 2012 года началась подготовка к экспедиции на озеро с реликтовыми деревьями, но долгая зима в наших краях не давала возможности ускорить этот процесс.

Объект исследования находится в трех километрах от въезда в поселок Тазовский и в километре на запад от дороги в поселок.

Районный поселок Тазовский Ямало-Ненецкого автономного округа расположен 155 километров к северу от Полярного Круга в зоне чистой тундры. 30 км южнее поселка вдоль русла реки Вэсако-Яха имеются вкрапления лесотундры, где уже давно растут деревья лиственницы и по холмам встречается береза. С этим образованием лесотундры вполне понятная картина. Здесь вдоль русла реки образуется во время весеннего паводка значительная глубокая полоса размораживания многолетней мерзлоты, что позволяет произрастать здесь деревьям. В не русла реки Вэсако-Яха к северу в направлении поселка Тазовский лиственничные деревья не растут. Исследуемое озеро находится в 20 км от реки, где произрастает лиственница.

Актуальность работы. Потепление климата ставится одной из наиболее значимых глобальных проблем современности. Снижение прочности многолетомёрзлого грунта сопровождается ростом экономических и экологических ущербов. Местные предприятия, связанные с рыбным промыслом и оленеводством, несут убытки из-за резкого потепления климата. Снижаются площади акваторий местных нерестилищ, что приводит к снижению уловов рыбы. Увеличиваются площади лесотундры и кустарников, вытесняя ягельные пастбища. Разработка мероприятий по снижению ущербов от потепления климата требует проведения исследований динамики криогенных процессов на территории многолетней мерзлоты.

Новизна исследовательской работы заключается попытке реконструкции климатических событий произошедших на рубеже 16-17 веков нашей эры. Эти исследования могут пролить свет на современные события начавшегося глобального потепления климата. Появляется возможность заглянуть вглубь веков и проанализировать по времени и качеству период предыдущего глобального потепления. Рассмотреть картину перехода от глобального потепления к глобальному похолоданию на Земле. Эти исследования дают нам знания необходимые для принятия решений в период глобальных климатических катастроф.

Подготовка к экспедиции 2013 года.

Выйти в тундру стало возможным только 15 июня 2013 года, после того как растаял лед на тундровых озерах. Задача стояла простая: найти реликтовые деревья, определить, какие инструменты и приспособления нам нужны для извлечения их из воды, каким инструментом их можно распилить и подготовить к дальнейшим исследованиям древесный материал.

В субботу 15 июня 2013 года была проведена предварительная экспедиция на исследуемое озеро. Надо было выяснить, в каком состоянии находится деревья, что изменилось на озере. К часам 12 дня экспедиция вышла на озеро. Увиденное стало неожиданностью. От озера осталась жалкая лужа. Основная площадь озера превратилась в луга, заросшие травой[1].

Н а бывшем дне озера, в основном в воде, были обнаружены несколько десятков реликтовых деревьев. Толщина диаметров стволов некоторых экземпляров доходит до 60 см.

Фото 1. Остатки реликтовых деревьев в обмелевшем термокарстовом озере.

Так что же случилось с озером за последние семь лет? Почему оно практически исчезло? Что за лес, похожий на тайгу, рос в этой местности? В какое время произрастали эти деревья? Как и почему они погибли? Почему оказались на дне термокарстового озера?

Экспедиция на исследуемое озеро.

8 сентября 2013 года была осуществлена экспедиция на исследуемое термокарстовое озеро. В состав экспедиции вошли представители Ямальского отделения Русского географического общества и Тазовским поисково-спасательным отрядом ЯмалСпас МЧС России [1].

Основная цель экспедиции – видеорегистрация и сбор древесного материала. Для этого в состав снаряжения входили: камера «Soni», мотопила, лопаты, веревки, ручная пила. В северной части озера находилось скопление остатков реликтовых деревьев со сплетением мощных корневищ четырех деревьев. От этого корневища было сделано несколько срезов для анализа древесины.

Ф ото 2 и 3. Сплетенные корневища 4-х деревьев лиственницы и сгнивший ствол одного из дереввьев.

За корневищами был обнаружен старый изгнивший ствол одного из этих деревьев. Вероятно, упал в воду после своего полного разрушения. С помощью мотопилы были подготовлены несколько спилов этого ствола.

Классификация собранного древесного материала.

По результатам экспедиции [1] весь древесный материал был рассортирован на четыре группы:

В первую группу вошла древесина остатков сплетенных корневищ деревьев лиственницы.

Фото 4. Древесина корневищ реликтовых деревьев.

Во вторую группу вошла древесина сгнивших стволов деревьев. Их цельное состояние указывает на то, что этот материал простоял вертикально много десятилетий, основательно сгнил, обломался и упал в воду. Этот материал сильно прогнил, стал рыхлым, благодаря этому сохранился в цельном виде без особого растрескивания.

Фото 5. Древесина сгнившего ствола дерева лиственницы

В третью группу вошла полусгнившая древесина деревьев лиственницы, обнаруженных на сухом дне обмелевшего термокарстового дерева. Эта древесина с 2007 по 2013 годы пролежала на открытом воздухе.

Фото 6. Остатки ствола дерева, пролежавшие 7-8 лет на открытом воздухе после схода воды в озере.

В четвертую группу вошли остатки твердой и прочной реликтовой древесины лиственницы, сохранившей под водой почти все свои механические и физические качества. Растрескавшийся ствол молодого дерева указывает на то, что он много раз замерзал вместе с толщей воды в озере, глубина которого оставляла всего лишь от 1 до 1,5 метра.

Фото 7. Сохранившаяся в воде, по всем свойствам, древесина лиственницы.

Собранная древесина всех четырех видов была подготовлена к отправке в Тюменский институт Криосферы Земли РАН. Но после консультации со специалистами, переувлажненная и сильно растрескавшаяся древесина не могла дать достаточный четкий материал для анализа времени ее произрастания по методу дендрохронологии. Нужен был спил с четкими изображениями годичных колец.

Цель и задачи исследования.

Основная цель исследовательской работы–реконструировать события происходившие в начале глобального похолодания, наступившего в 1600 году.

При этом необходимо решить следующие задачи:

1.Создать реконструкцию гибели деревьев и наполнение водой термокарстовой котловины.

2. Изучить строение реликтовых деревьев и подготовить образцы к исследованию времени их произрастания.

Анализ гибели деревьев

С уществование деревьев в нашей местности подтверждает карта-чертеж «Море мангазейско с урочищи», составленная неизвестным картографом во время летней экспедиции двух тобольских воевод Мирона Шаховского и Данилы Хрипунова в 1600 году [3].

Рис. 1. Карта-чертеж «Море мангазейско с урочищи» 1600 год.

В 1600 году они подробно обследовали Обскую губу и Тазовскую губу и составили подробную отчетную карту, из которой видно, что на территории Гыданского, Тазовского и Ямальского полуострова произрастали деревья. Лишь на северных оконечностях Гыданского и Ямальского полуостровов указывалась чистая тундра.

Вероятно, исследуемые деревья погибли в зиму с 1600-1601 года, когда началось глобальное похолодание климата. Из достоверных источников известно [2,5], что в семнадцатом веке было два периода резкого похолодания на планете. По данным французских исследователей [5] первое похолодание прошло в 1600-1605 годах и второе в 1640-1645 годах. К анализу глобальной катастрофы от изменения климата мы еще вернемся. А сейчас попробуем реконструировать картину гибели деревьев лиственницы, произраставшей до 1601 года в термокарстовой котловине, где образовалось термокарстовое озеро. Реконструкция этого события позволит дать ответ на вопрос, каким образом до нас дошли остатки реликтовых деревьев.

Эти деревья перестали расти летом 1601 года, когда наступившее резкое глобальное похолодание полностью восстановило криолитозону – многолетюю мерзлоту в этой местности. То есть, верхний слой мерзлоты, который оттаял до нескольких метров в период предыдущего глобального потепления, в очень короткое и весьма холодное лето 1601 года вообще не растаял.

К артину гибели леса и его разрушения подсказал пожар лесного массива, произошедший летом 2005 года, южнее Новозаполярного газоконденсатного месторождения, в одном десятке километров южнее Полярного круга.

Фото 8 и 9. Вывал деревьев лиственницы после пожара 2005 года.

Из этих фото видно, что по прошествии нескольких лет, часть деревьев под напором сильных ветров (30-40 м/сек для нашей местности не новость) не устояла на подгнивших и незаглубленных корневищах и упало на землю. Часть деревьев устояло и продолжает догнивать стоя.

Аналогичным образом происходило разрушение реликтового леса, но в условиях куда более жестких, чем в наши дни. Надо понимать, что резкое глобальной похолодание зимой 1600 года вызывало значительную экологическую катастрофу. Частые ураганные ветра свалили (скорее сломали) молодые деревья лиственницы диаметром до 200 мм, положили их на дно термокарстовой котловины. Под воздействием значительных и продолжительных отрицательных температур стала восстанавливаться оттаявшая за время глобального потепления мерзлота в верхних грунтовых слоях термокарстовой котловины. Вода, образовавшаяся в результате непродолжительного таяния снега и льда в очень короткое и холодное лето, стала заполнять котловину и образовывать озеро. Таким образом, сваленные и упавшие в воду деревья молодой лиственницы сумели сохраниться до наших дней. По своему качеству, твердости и прочности они не уступают нынешним свежесрубленным деревьям (см. фото 7).

Древесина сохранившихся корневищ деревьев лиственницы несколько утратила свои качественные показатели из-за того, что в самом начале не сразу оказалась в воде и подверглась гниению на открытом воздухе. Гниение продолжилось после схода озера в наши дни.

Возле сплетения корневищ нескольких деревьев лиственницы были обнаружены остатки сгнивших стволов. Эти остатки не потеряли свою форму и не растрескались. Наличие мощного сплетенного из нескольких деревьев общего корневища позволило этим деревьям устоять под напором ураганных ветров и разрушиться в процессе обычного атмосферного гниения в течение нескольких десятков лет после известных событий (см. фото 6).

Моделирование динамики наполнения водой термокарстовой котловины в период наступления глобального похолодания.

Рис. 2. Состояние исследуемой термокарстовой котловины в 1600 году.

В 1600 году в термокарстовой котловине произрастали деревья возрастом более 100 лет. Глубина оттаявшего верхнего слоя почвы предположительно достигала от 5 до 10 м. Исследуемая термокарстовая котловина представляла собой цветущую долину с разнообразной таежно-лесотундровой растительностью.

Рис. 3. Состояние исследуемой термокарстовой котловины 1601-1605 годы.

В 1601-1605 годы образуется новая поверхностная мерзлота глубиной 2-4 м. Ниже полосы промерзания новой поверхностной мерзлоты и выше полосы материковой вечной мерзлоты имеется слой незамерзшего грунта. Несмотря на глобальное похолодание в 1600-1605 годах, сразу выстудить оттаявший за предыдущее потепление грунт глубиной до 10 м, мы думаем, что невозможно.

Деревья погибли, часть из них были повалены сильным ветром на дно котловины, которая стала заполняться водой.

Объёмно-температурное поднятие рельефа всей поверхности котловины при среднем замерзании грунта до 3 м составит 60 см. Это величина пучения местных грунтов. Гибель лесов и кустарников приводит к масштабной эрозии почвы (в основном песчаной для Западной Сибири). В результате чего начинается дополнительный занос русла стока озера. Величина этого заноса будет зависеть от интенсивности эрозии почвы.

Рис. 4. Состояние исследуемой термокарстовой котловины 1606-1611 годы.

В 1606-1611 годах толщина поверхностной мерзлоты составляла 4-6 м. Объёмно-температурное поднятие котловины при замерзании грунта до 5 м составит 1 м. Сток озера ещё не засыпан, поэтому уровень воды в озере колеблется от 70 до 80 см. Промежуток незамерзающей прослойки грунта между поверхностной и материковой криолитозонами уменьшился до 2-3 м.

Рис 5. Состояние исследуемой термокарстовой котловины 1640-1645 годы.

Примерно в 1640-1645 годах, когда прошла вторая волна глобального похолодания, Восстановилась целостность термокарста, исчезла незамерзающая прослойка грунта между поверхностной криолитозоной и материковой. Сток озера в результате эрозии почв удерживает уровень воды в пределах 1,5-2м. Практически это состояние озера дошло до наших дней.

Подготовка образцов спилов к исследованиям.

Фото 10. Шлифовка среза реликтовой древесины.

Древесина, извлеченная из озера в 2013 году, не была как следует изучена. На сырой, рыхлой и сильно растрескавшейся древесине трудно было сделать хороший спил с четким обозначением годичных колец. Только в 2019 году годные срезы реликтовой древесины достаточно хорошо просохли и мы их решили отшлифовать.

Фото 11. Отшлифованный срез ствола реликтового дерева, с четко обозначенными годичными кольцами.

В результате получили очень четкие рисунки годичных колец, по которым теперь можно установить время жизни деревьев. Мы постараемся передать снимки в Тюмень в институт Криосферы Земли, у них достаточно материала по нашему региону. На годичных кольцах, как на грамзаписи, четко просматриваются годичные температурные режимы, по которым и определяют время, в которое росли деревья.

З анимаясь остатками древесины лиственницы, мы стали считать количество годичных колец, с целью определения их возраста. И пришли к выводу, что все срезы попавшиеся в наши руки, подчиняются одной закономерности. Их диаметры, умноженные в двое, определяют возраст дерева. То есть, каждое дерево в наших широтах в год растет, в среднем, на 5 мм в толщину.

Фото 12 и 13. Спил ствола реликтового дерева с 42 годичными кольцами

Анализ климатической катастрофы, произошедшей при переходе от теплого климатического периода к резкому глобальному похолоданию.

1. В период резкого похолодания климата в термокарстовых котловинах начинают образовываться термокарстовые озёра.

2. Гибель лесов и кустарников приводит к эрозии почв на огромных территориях. В результате чего большие массы песка перемещаются на значительные расстояния, что приводит к заносу низинных участков поверхности и пломбированию стоков вновь образовавшихся озёр.

3. В результате резкого похолодания, гибели лесов и кустарников зона чистой тундры продвигается почти на 1000 км на юг.

4. В самые холодные годы периода глобального похолодания происходит массовая миграция в районы с более удобным климатом животных и птиц. Морские животные выходят в устья рек Оби, Таза, Пура, Надыма и других. Рыба поднимается на нерест по рекам гораздо дальше на юг, где вода может прогреться до оптимальных для нереста величин.

Итоги исследования.

Смоделирована реконструкция образования озера в термокарстовой котловине в период глобального похолодания, что позволило законсервировать древесину 1600 года в воде.

Высохшие срезы, стволов лиственницы, доставленные с экспедиции 2013 года, после шлифовки, стали пригодными для определения времени их произрастания по четко выраженным годичным кольцам.

В результате исследования возраста деревьев по количеству годичных колец на их спилах, была обнаружена закономерность, что деревья росли в наших широтах росли в ширину ствола со средней скоростью 5 мм в год.

Установленная зависимость позволяет по размеру диаметра ствола дерева определить его средний возраст. Например, дерево с диаметром ствола 45 см имеет возраст 90 лет, при диаметре ствола 25 см – 50 лет и т. д.

Список литературы:

Аугамбаева А., Деревянко А./«Исследование реликтовых деревьев, обнаруженных в обмелевшем термокарстовом озере». Альманах «Молодые интеллектуалы России». Петербургское Образование. СПб. 2015 год. www.mir-edu.ru

«Баркулабовская летопись». Cборник переводов со старосвянского. Л. 1967 г.

Белов М. И., Овсяников О. В., Стариков В. Ф./«Мангазея. Мангазейский морской ход».// Ленинград Гидрометеоиздат 1980. Стр. 108-127.

Кунин С.А./«Тайна тундрового озера».//Журнал Уральский следопыт. Сентябрь 2013.

Э. Ле Руа Ладюри./«История климата с 1000 года».//Л. Гидрометеоиздат. 1971. – С. 270.

Вечная мерзлота (многолетняя мерзлота)geographyofrussia.com/vechnaya-...

Термокарстовое озероru-ecology.info/term/12116

Возникновение и распространение термокарстовых озер на территории...moluch.ru/archive/44/5202копия

Термокарст — Горная энциклопедияmining-enc.ru/t/termokarstкопия