Влияние климатических изменений на тундровую экосистему севера Западной Сибири

XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Влияние климатических изменений на тундровую экосистему севера Западной Сибири

Трухачева Е.Р. 1Трухачева К.Р. 1
1Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Тазовская средняя общеобразовательная школа, МБОУ ТСОШ
Кунин С.А. 1Семенова О.С. 1
1Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Тазовская средняя общеобразовательная школа, МБОУ ТСОШ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Объект исследования

 

В тундрах Ямальского и Гыданского полуостровов значительное влияние изменения климата на ландшафты достигнуто благодаря суммарному фактору увеличения осадков и температуры окружающей среды.

Если глобально на всей планете климат станет теплее, то холодные экосистемы: ледниковые, высокогорные и арктические, — пострадают в первую очередь. Масса организмов приспособлена к условиям жизни именно в таком климате, При потеплении такие виды исчезнут, а экосистемы, в которые они входили, — разрушатся 1

Фото.1. Участок тундры в 10 км от посёлка Тазовский.

Ученые МГУ на большей части площадок тундровой зоны отмечают значимое повышение температуры: в среднем на 0.090С в год.  К сожалению наблюдения и исследования, проводимые научно-исследовательским центром при Тазовской СОШ, говорят о значительных гидрометеорологических изменениях в сторону потепления 2.

Настоящая работа посвящена исследованию климатического и биологического изменениям на территории Арктической зоны Западной Сибири.

Актуальность настоящего исследования заключается в определение условий произрастания, распространения ареалов древесно-кустарниковой растительности на юге Тазовского района (п.Тазовский-с. Газ-Сале) и деградации тундровой экосистемы.

Ежегодно проводится мониторинг ареала распространения кустарниковой растительности и деревьев. Проводился экспресс анализ воды и грунта с полей исследований.

Методом прокола грунта определялась величина оттаявшей многолетней мерзлоты. Учитывались параметры температуры и влажности окружающей среды за последние 34 года.

Цель и задачи

Основная цель – исследовать климатические и биологические изменения на территории Арктической зоны Западной Сибири.

Задачи:

1.Обработка и анализ данных, полученных с метеостанции посёлка Тазовский с 1985 г. по 2019 г.

2.Исследование изменения количества осадков выпавшихна юге Тазовского района (п.Тазовский-с. Газ-Сале) в холодное и теплое время года.

3.Определение характеристик грунтовых условий произрастания растений тундры и лесотундры в переходный период наступившего глобального потепления климата.

Обработка и анализ данных, полученных с метеостанции посёлка Тазовский с 1985 г. по 2019 г.

График 1. Средние зимние температур по Тазовскому району с 1985 по 2019 год.

По наблюдениям местной метеостанции за последние 34 года средние зимние температуры стремительно идут в сторону потепления. Начиная с 2000 года этот рост значительно увеличивается. В результате постепенно на исследуемой территории появляются два новых времени года: весна и осень. Исчезает резкий переход от зимы в лето и наоборот.

Переходный период из зимы в лето и наоборот при построении графика условно считаем теплым временем года.

Изменения средних зимнихтемператур стремительно идет в сторону потепления. За весь исследуемый период в среднем потеплело на 15°С.

При расчете средних зимних месяцев года брали месяца с устойчивыми минусовыми температурами: середина октября, ноябрь, декабрь, январь, февраль, март, апрель, май до 15 числа включительно.

На юге Тазовского района (п.Тазовский-с. Газ-Сале) с 1985 года наблюдается сокращение периода с устойчивыми отрицательными температурами с привычных 240-220 дней в году до 210-200 дней в последние годы наблюдений.

График 2. Средние летние температуры по Тазовскому району с 1985 по 2019 года.

Изменения средних летних температур идет не так стремительно. За весь исследуемый период в среднем потеплело на 3°С. За расчет летних температур брались теплые месяца года: середина мая, июнь, июль, август, сентябрь и середина октября.

С 2010 года летние температуры на юге Тазовского района (п.Тазовский-с. Газ-Сале) в июле месяце достигают 35°С. Исчезли периоды резкого похолодания в летнее время, полностью исчез снежный покров в летнее время года.

График 3. Средние годовые температуры по Тазовскому району в период с 1985 г. по 2019 года

Анализ результатов температурных исследований указывает на стабильную динамику потепления климата в исследуемых районах ЯНАО.

По сложившейся климатической ситуации можно отметить, что на исследуемой территории с 2015 года стали наблюдаться два новых времени года –весна (с начала мая до середины июня) и осень (с начала сентября и по 15-20 октября). До этого периода переход с зимы в лето и обратно наблюдался в течении короткого времени 7-10 дней.

Исследование изменения количества осадков выпавших на юге Тазовского района (п.Тазовский-с. Газ-Сале) в холодное и теплое время года.

Диаграмма 1. Зависимость таяния многолетней мерзлоты в тундре от количества выпавших летних осадков. 2019 год 95 см, кол. Осадков 310 мм/см³

В течении 5 лет нашей исследовательской группой учеников Тазовской средней школы, проводился мониторинг таяния многолетней мерзлоты в Тазовском районе. В данный момент с уверенностью можем говорить о том, что таяние многолетней мерзлоты зависит не только от среднемесячных зимних температур, но и от количества выпавших летних осадков.

Количество летних осадков ежегодно имеет разную цифру. Однако данные о количестве осадков в теплое время года (с середины мая до середины октября), за последние пять лет говорят об их увеличении.

 

График 4. Высота снежного покрова на территории п. Тазовский в период с 2000 по 2019годы.

Зная о зависимости таяния мерзлоты от количества осадков обращаемся к организации ФГБУ Обь-Иртышского управления государственной метеослужбы за данными о среднемесячной величине снежного покрова на створе поста реки Таз в районе поселка.

Путем математического расчета получили среднегодовые значения и построили график «Высоты снежного покрова» с 2000 по 2019 годы.

Общий анализ природно-климатических изменений ведет к стремительному таянию многолетнемерзлого грунта, к термокарстовым понижениям рельефа местности и к изменениям грунтовых условий произрастания растительности.

В значительной степени меняется рельеф местности. В результате таяния термокарста происходит масштабная деформация рельефа бугристой местности тундры. На высоких склонах идут активные оползнево-овражные процессы с заполнением низин оттаявшими склоновыми грунтами. В результате сложных многоуровневых ландшафтных процессов создаются приемлемые условия для произрастания более южных не характерных для тундры растений особенно на возвышенных участках.

В низинах создаются застойные условия для закисания переувлажнённых грунтов, происходят достаточно быстрые процессы заболачивания почвы. Грунтово-почвенные условия в низинах способствуют полной деградации тундровой экосистемы.

Таяние многолетней мерзлоты на равнинных участках приводит к грунтово-ландшафтным изменениям. На сухих равнинных участках, где наблюдается сход поверхностных и грунтовых вод в весенне-летний период, формируется лесотундровая экосистема. На осевших низменно-равнинных грунтах со слабым стоком вод со временем происходит формирование новых термокарстовых озер и участков с заболоченной почвой 3,5.

Определение характеристик грунтовых условий произрастания растений тундры и лесотундры в переходный период наступившего глобального потепления климата.

Зависимость условий произрастания растений тундры и лесотундры от состояния оттаявших грунтов многолетней мерзлоты показана в трех таблицах в приложении I. В них описаны условия произрастания индикаторных растений по состоянию на 2019 год на трех характерных для нашего рельефа участках: на возвышенных участках тундры-лесотундры, низменных и равнинных. Описание условий произрастания растений тундры и лесотундры в таком формате продиктована различными скоростями деградации верхнего слоя многолетней мерзлоты на возвышенных, равнинных и низменных участках.

В таблице 1 раскрыта характеристика грунтовых условий произрастания растений тундры и лесотундры на возвышенных участках в переходный период наступившего глобального потепления климата.

На возвышенных участках идет устойчивый процесс деградации тундровой экосистемы. Наблюдается рост кустарников. Создаются начальные необходимые условия для перехода таких растений как ива, ольха, береза, лиственница в зону тундры. На отдельных локальных склонах возвышенностей мы имеем устойчивые условия для произрастания деревьев березы и лиственницы.

Фото 2. Юго-западные склоны холмов на территории Тазовского района.

В таблице 2 дана характеристика грунтовых условий произрастания растений тундры и лесотундры в низинах в переходный период наступившего глобального потепления климата.

В низинах, где наблюдаются процессы термокарстового понижения рельефа, сход термокарстовых озер, активное образование полигонально-жильных рельефов, деградация бугров пучения и образование новых термокарстовых озер. Современная картина динамики геоморфологии в низинах совсем иная. Верхний слой многолетней мерзлоты здесь тает медленно и приводит к следующим результатам.

На низменных участках тундры при таянии мерзлоты происходит снижение водородного показателя в кислую сторону, увеличивается влажность грунта до 100%. При таких грунтовых условиях происходит заболачивание почвы. В этих условиях могут произростать только болотные виды растений.

При глубине таяния 70 см происходит формирование плордородного слоя почвы и идет деградация тундрового мохо-лишайникового яруса. Прежние тундровые виды мхов и лишайников полностью исчезают. На освободившееся место приходят кусты богильника и ивы, трава осока, торфяной мох и кукушкин лен.

Фото 3. Низменные участки тундры.

В таблице 3 указана характеристика грунтовых условий произрастания растений тундры и лесотундры на равнинных участках, в переходный период наступившего глобального потепления климата.

На равнинных участках, расположенных несколько выше русел рек и речушек, наблюдается следующие изменения. С увеличением глубины таяния до 90 см увеличивается влажность грунта до 55%-65%, водородный показатель смещается в кислую сторону до 5,5-4,5. В этих грунтовых условиях наблюдается бурное развитие торфяников, образование плодородного слоя грунта. Прежний тундровой покров деградирует до 30%, его площади активно занимают багульник болотный, кусты ивы, деревья лиственницы, реже березы, деревья тальниковой ивы.

Фото 4. Равнинные участки прежней тундры в районе Газ-Сале.

Анализ полученных результатов показал:

1. Последние 34 года наблюдений за погодными условиями на юге Тазовского района (п.Тазовский-с.Газ-Сале) ЯНАО показывают изменение среднегодовых температур в сторону потепления на 8°С.

2. Наблюдается интенсивное таяние многолетней мерзлоты, увеличение глубины таяния почвы и изменение физико-химических характеристик грунта.

При совокупности этих факторов происходит достаточно бурный рост кустарниковой растительности и деревьев на территории бывшей южной окраины арктической тундры.

3. Отмечено, что при оттаивании почвы на глубину 35 см начинается интенсивная деградация мхов и лишайников, разрастается травяно-кустарничковый ярус. При таянии почвы до 0,5 метра и более наблюдается интенсивный рост кустарниковой ольхи и ивы.

4. Отмечается активный рост кустарников, движение березы, лиственницы и ели на участках южной тундры, оттаявшей до одного метра и более. Разрастание кедра за пределами его ареала проходит медленно, вследствие недостаточного вегетативного периода его развития и особенностей его размножения.

По наблюдениям за последние 5 лет лесотундра движется на север с достаточно большой скоростью, в среднем 1-1,5 км в год. Скорость распространения зависит от ландшафта местности и особенностей размножения деревьев. Масса деградировавших термокарстовых озер, являются плодородной площадкой для произрастания кустарников и деревьев (ивы, березы, лиственницы, ели). При этом чистые тундровые поля резко деградируют, исчезает ярус мхов и лишайников.

Вместе с деградацией многолетней мерзлоты наступает разрушение тундровой экосистемы и ее биологического разнообразия, что приводит к сокращению среды обитания не только растений, но и птиц, животных, насекомых. На смену им приходит более южное разнообразие флоры и фауны

Литература:

Зуев С.М. м.н.с. сектора экономической географии ОЛЕНЕВОДСТВО В ЯМАЛО-НЕНЕЦКОМ АВТОНОМНОМ ОКРУГЕ: ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК Ямало-Ненецкого автономного округа Выпуск № 3 (88) Объективные процессы регионализации в Арктике. Салехард 2015. -128с.

Статья Московский Государственный Университет им. Ломоносова. «Для тундровых экосистем установлена связь между признаками растений и климатическими параметрами» Copyright © 1997–2019 МГУ имени М.В. Ломоносова. Разработка сайта: SEBEKON 2018г. https://www.msu.ru/science/main_themes/uchyenye-mgu-za-30-let-tundry-stali-vyshe.html (дата обращения 18.05.2019г)

Семенова О.С., Кунин С.А. Статья ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ЗОН ПРОИЗРАСТАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ. Всероссийская научно-практическая конференция "Геоморфология и физическая география Сибири в XXI веке". Г. Томск. Ссылка:http://geoconf.tsu.ru/geography/

Ткачев Б.П., профессор, доктор географических наук, С. А. Кунин, преподаватель. Статья НАУЧНЫЕ ИДЕИ А.А. ЗЕМЦОВА В ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ. Всероссийская научно-практическая конференция "Геоморфология и физическая география Сибири в XXI веке". Г. Томск. Ссылка: http://geoconf.tsu.ru/geography/

Ткачев Б.П., Кунин С.А. РИСКИ ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА СЕВЕРЕ (АРКТИКЕ) Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований №3 2020 год.https://applied-research.ru/ru/issue/index

Приложение I

Таблица 1.

Характеристика грунтовых условий произрастания растений тундры и лесотундры на возвышенных участках в переходный период наступившего глобального потепления климата.

Глубина протаяв-

шего мерзлого грунта, м

Влажность грунта, %

рН грунта

Виды почв

Характерные индикаторные растения

Примечания по условиям

произрастания

0,3

40

7,5

Пылеватый песок, супесь, суглинок

Олений мох – ягель,

Тундровая ива

При глубине оттаивания

более 0,35 м начинается

процесс их деградации и

обрастание мелкими

кустарничками.

0,5

60

7,0

Пылеватый песок, супесь, суглинок

Олений мох – ягель,

Тундровая ива

Идет устойчивый процесс

деградации тундровой

экосистемы. Наблюдается

рост кустарников.

 

Ива, ольха, береза, лиственница.

Начальные необходимые

условия для перехода

этих растений в зону

тундры.

0,8

80

6,0

Пылеватый песок

Олений мох – ягель,

Тундровая ива

Окончательная деградация

тундровой экосистемы.

Супесь

Ива, ольха, береза, лиственница.

Устойчивые условия

развитие растений.

суглинок

Ель

Начальные необходимые

условия для перехода в

зону лесотундры.

1,2

100

5,0

Пылеватый песок, супесь, суглинок, вкрапление глины,1-3 мм плодородного слоя

Ива, ольха, береза, лиственница, ель.

Окончательно

сформировавшиеся

условия произрастания

для растений

лесотундровой зоны.

 

Кедр.

Возможное условие для искусственной посадки.

1.5

70

6,0

Пылеватый песок, супесь суглинок, вкрапление глины

Ива, ольха, береза, лиственница, ель.

Достаточные условия

произрастания.

3-7 мм плодородного слоя

Кедр.

Возможное условие

для естественного

произрастания.

1.8

60

6,5

Пылеватый песок, супесь суглинок, вкрапление глины,

Ива, ольха, береза, лиственница, ель.

Достаточные условия

произрастания.

4-1,4 мм плодородного слоя

Кедр.

Окончательно

сформировавшиеся

условия произрастания.

2.1

50

7,0

Пылеватый песок, супесь суглинок, вкрапление глины,5-20 мм плодородного слоя

Ива, ольха, береза, лиственница, ель, кедр

Достаточные условия

произрастания.

Таблица 2.

Характеристика грунтовых условий произрастания растений тундры и лесотундры в низинах в переходный период наступившего глобального потепления климата.

п/п

Глубина протаявшего мерзлого грунта в м

Влажность грунта, %

рН грунта

Основные виды почв

Характерные (индикаторные) растения

Примечание по

условиям

произрастания

1

0,3

40-50

7,5-8,0

Пылеватый песок, суглинок, глина.

Ягель, лишайник, карликовые деревья.

Локальное

произрастание

кустарника.

2

0,5

60-70

7,0-6,0

Пылеватый песок, супесь, суглинок, глина

Ягель, лишайник, карликовые деревья, кусты багульника, местами трава осока.

Снижение

мохо-лишайникового

яруса на площадях

до 70%.

3

0,7

80-100

5,5-4,0

Формирование плодородного слоя почвы, пылеватый песок, супесь, суглинок, глина.

Ягель, лишайник, карликовые деревья, кусты багульника, кусты ивы, трава осока.

Снижение

мохо-лишайникового

яруса на площадях

до 30%.

4

0,9

80-100

4,5-4,0

Плодородный слой почвы, супесь, суглинок, глина.

Кусты багульника, кусты ивы, трава осока, кукушкин лен, торфяной мох.

Полная деградация

мохо-лишайникового

яруса

Таблица 3.

Характеристика грунтовых условий произрастания растений тундры и лесотундры на равнинах, в переходный период наступившего глобального потепления климата.

п/п

Глубина протаявшего мерзлого грунта в м

Показатель влажности грунта, %

рН грунта

Основные виды почв

Характерные (индикаторные) растения

Примечание по

условиям

произрастания

1

0,3

30-40

8,0-7,5

Пылеватый песок, суглинок, глина.

Олений мох, карликовый деревья, мхи и лишайники.

 

2

0,5

40-55

7,5-6,5

Пылеватый песок, супесь, суглинок, глина

Олений мох, карликовый деревья, мхи и лишайники, багульник болотный, кусты ивы.

Локальное

произрастание

кустарника. Снижение

тундрового яруса

до 80%

3

0,7

45-60

6,0-5,0

Образование плодородного слоя, пылеватый песок, супесь, суглинок, глина.

Олений мох, карликовый деревья, мхи и лишайники, багульник болотный, кусты ивы, деревья лиственницы, деревья ивы.

Снижение тундрового

яруса до 50%.

4

0,9

55-65

5,5-4,5

Плодородный слой, пылеватый песок, супесь, суглинок, глина.

Олений мох, карликовый деревья, мхи и лишайники, багульник болотный, кусты ивы, деревья лиственницы, деревья ивы, деревья березы.

Снижение тундрового

яруса до 30%

Просмотров работы: 17