XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Исследование активно деградирующих термокарстовых озёр на севере Западной Сибири
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Т ипы термокарстовых озер
Фото 1. Термокарстовые озера на полуострове Ямал
Фото 2. Типичные ледяные термокарстовые озера в низинах
на севере Западной Сибири.
Существуют несколько типов термокарстовых озёр: ледяные, запрудные, провальные. В горной части северного Урала встречаются все типы озёр, от тектонических до вулканических. Все они одновременно у нас называются термокарстовыми, так как находятся в зоне вечной мерзлоты. На севере, в Западной Сибири, в основном, встречаются ледяные термокарстовые озёра, которые образуются, деградируют и вновь возникают в теле многолетней мерзлоты 4,7.
Объект исследования
О бъект исследования находится по автомобильной дороге на въезде в село Газ-Сале Тазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа, расположен в 155 километрах к северу от Полярного Круга в зоне чистой тундры.
Фото 1. Каскад термокарстовых озер у села Газ-Сале
Исследуемые озера образуют каскад термокарстовых озёр, которые активно деградируют в последнее время. Стабильный мониторинг состояния этого объекта был организован с 2014 и ежегодно наблюдаетсч научно-исследовательским центром наукоемкого инновационного обучения Тазовской средней общеобразовательной школы.
Исследования деградации термокарстовых озёр в Западной Сибири
В нашем регионе существует два научных центра по изучению состояния многолетней мерзлоты: Тюменский институт криосферы Земли Российской Академии Наук и кафедра экологии и природопользования Югорского Государственного университета город Ханты-Мансийск.
Учёные Сибири ведут космический мониторинг состояния термокарстовых озёр на Ямале. По их исследованиям наблюдается прогрессивная динамика деградации термокарстовых озёр 2,3.
Проводится многоступенчатый анализ криогенных ландшафтов и криогенных процессов на основе дистанционного исследования количественных закономерностей динамики термокарстовых озер на территории Западной Сибири.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Выбор тестовых участков для исследования термокарстовых процессов в зависимости от ландшафтного и геокриологического районирования территории Западной Сибири.
2. Разработка методики оценки временных изменений площадей термокарстовых озер с использованием данных дистанционного зондирования и средств современных геоинформационных систем (ГИС) и ГИС-технологий.
3. Разработка методических вопросов оценки точностей измерения площадей озер на оптических и радиолокационных снимках.
4. Формирование базы данных о площадях термокарстовых озер по результатам спутниковых наблюдений и проведение количественного анализа динамики числа и площадей термокарстовых озер в зависимости от особенностей ландшафтного и геокриологического районирования территории Западной Сибири.
В диссертации Н.А. Брыскиной 3 указывается, что в северных районах под действием глобального потепления происходит сокращение площади прежних термокарстовых озер на 61-68% и идет образование новых термокарстовых озер на 20-25%.
Но это общие исследования факта свершившихся событий, которые не дают локальной картины зависимости деградации от погодно-климатических изменений. Необходимо исследовать основные причины процесса деградации термокарстовых озер. Рассмотреть какие факторы влияют на процесс поверхностного таяния многолетней мерзлоты, приводящего стремительной деградации термокарстовых озер.
Цель и задачи исследования
Основная цель исследовательской работы – провести дальнейшее исследование причин активной деградаций озёр, начатых с 2014 года.
1. Дополнить космический мониторинг состояния каскада озёр, определить их поверхности, провести анализ активной деградации за период с 2017 по 2019 годы.
2. Исследовать основные природно-климатические причины активной деградации термокарстовых озер в период с 2017 по 2019 годы.
3. Сделать выводы по исследовательской работе.
К осмический мониторинг состояния каскада термокарстовых озёр.
Фото 3. Карта расчета поверхностей каскада деградирующих озер 2016 года.
За период с 2000 по 2016 годы каскад термокарстовых озер потерял около 65% своей поверхности: из 58,4 км² осталось 38,1 км.² 6 Этот факт еще раз подтверждает выводы Н.А. Брыскиной 3 о том, что на севере Западной Сибири термокарстовые озера уже потеряли 61-68% своей поверхности.
Попробуем восполнить картину изменения площадей поверхностей озер с 2017 года по 2019 год и продолжить исследования основных причин активной деградации озёр на наблюдаемом объекте.
Площади озёр можно посчитать по космическим снимкам, используя программу SAS-Planet, по которой рассчитываются средние диаметры озёр, а затем их площади. Это устаревший способ расчёта. Но, в отсутствии дорогостоящих программ космического мониторинга площадей объектов, к нему приходится нередко прибегать, когда дело касается расчетов поверхностей малых и средних водоемов.
Фото 4. Карта расчетов площадей озер 2016 года.
Фото 5. Карта расчетов площадей озер 2018 г.
Фото 6. Карта расчета площадей деградирующих озер 2019 года.
Сейчас учёные используют современные программы, которые автоматически вычисляют поверхности озёр. Нам пришлось считать мелкие координатные квадратики, которые равны 250×250 метров или 0,625 км2 поверхности объекта (фото 7.).
Фото 7. Координатный метод расчета поверхностей термокарстовых озер.
Исследование динамики деградации озёр.
Активная деградация термокарстовых озер происходит по причине значительных климатический изменений районе исследования.
На юге Тазовского района (п.Тазовский – село 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 1. Среднегодовые температуры в районе исследований с 1985 по 2019 годы.
По наблюдениям местной метеостанции за последние 34 года среднегодовые температуры стремительно идут в сторону потепления. Начиная с 2000 года этот рост значительно увеличивается.
Нам удалось собрать данные за последние 3 года наблюдений за озёрами: величину таяния верхнего слоя многолетней мерзлоты, количество летних осадков и среднюю зимнюю температуру. Как мы выяснили в предыдущих исследованиях 6 именно эти факторы в значительной мере влияют на динамику деградации термокарстовых озер.
График 2. Средние зимние температур по району исследования с 1985 по 2019 год.
График 3. Зависимость таяния многолетней мерзлоты в тундре от количества выпавших летних осадков.
Стоит отметить, что в 2019 году выпало 310 мм/см³ осадков за лето (июнь, июль, август, сентябрь, половина октября). Это привело к максимальному оттаиванию верхнего слоя мерзлоты в тундре мощностью 95 см. Учитывая, что за весь зимний период 2019-2020 года поверхностная мерзлота восстановилась лишь на величину 65 см, мы видим картину невозврата к самосохранению многолетней мерзлоты в тундре на наблюдаемых объектах у поселка Тазовский и села Газ-Сале.
Количество летних осадков ежегодно меняются. Однако в общем количество осадков в теплое время года (с середины мая до середины октября), за последние пять лет говорит об их увеличении. А это значит активная деградация термокарстовых озер будет только нарастать.
В течении последних 6 лет группой учащихся научно-исследовательского центра Тазовской средней школы, проводился ежегодный мониторинг таяния многолетней мерзлоты в районе исследования. В данный момент с уверенностью можем говорить о том, что таяние многолетней мерзлоты зависит не только от средних зимних температур, но в большей степени от количества выпавших летних осадков.
Фото 8. Замер оттаявшего слоя мерзлоты с помощью щупа.
Данные для анализа динамики деградации озёр.
Таблица 1.
|
ГОД |
Величина таяния |
Количество летних осадков |
Средняя зимняя температура |
Площадь каскада озер |
|
2014 |
73 см |
188 мм/см^2 |
-28,7℃ |
46,3 км^2 |
|
2015 |
84см |
208 мм/см^2 |
-26,6℃ |
40,4 км^2 |
|
2016 |
48см |
84 мм/см^2 |
-16,1℃ |
38,1 км^2 |
|
2017 |
88см |
208 мм/см^2 |
-15,8℃ |
36,8 км^2 |
|
2018 |
67см |
188 мм/см^2 |
-16,7℃ |
35,2 км^2 |
|
2019 |
95см |
310 мм/см^2 |
-23,8℃ |
33,4 км^2 |
Зависимость поверхностного таяния многолетней мерзлоты величины от летних осадков на объекте исследования.
Мы выяснили, что состояние многолетней мерзлоты, обрамляющей термокарстовые озёра, зависит от количества летних осадков и меньшей степени от летней температуры. Чем больше выпадает осадков, тем больше тает многолетняя мерзлота, тем быстрее разрушается термокарстовая чаша озер.
Зависимость деградации озёр от средних зимних температур на объекте исследования в наблюдаемый период
Необходимо отметить следующий факт, что немаловажной причиной активной деградации озёр – это снижение средних температур зимы: от - 28С в 2014 году до – 16С в 2017. Зимы стали у нас теплее и мягче. Занимают тундровые угодья серые вороны, стали прилетать ласточки, появились жуки-листоеды, которых раньше в наших широтах не было.
Выводы по исследовательской работе.
Таким образом, можно утверждать следующее, что на активную динамику деградации наблюдаемого каскада озёр в настоящее время, в основном, влияют количество выпавших летних осадков и средние температуры зим. В зиму 2019-2020 годов была пройдена точка невозврата к самосохранению многолетней мерзлоты в тундре на наблюдаемых объектах у поселка Тазовский и села Газ-Сале.
Некоторые пояснения к исследовательской работе.
Основная причина деградации каскада озёр - интенсивное таяние мерзлоты в результате обильных осадков в летнее время и повышенная температура окружающей среды в зимнее время. В этом случае происходит подпочвенный сход вод термокарстовых озер вниз по обозначившемуся водоразделу. При этом термокарст, игравший до этого роль озерного гидроизолятора, перестает быть таковым. Стоит заметить, несмотря на высокие летние температуры, при малом количестве осадков, мерзлый грунт тает незначительно, что позволяет снизить динамику деградации озёр.
Таким образом, совокупность климатических факторов, а это увеличение температур в зимнее время и увеличение летних осадков, будут определять дальнейшую динамику поведения термокарстовых озёр на севере Западной Сибири.
Н о не следует сгущать краски. Таяние многолетней мерзлоты приводит не только к деградации и потере озёр, но и образованию новых ледяных термокарстовых озёр. Перед вами новое озеро, которое образовалось в 2010 году. Пока их не так много, но с потеплением климата их количество увеличится.
Фото 9. Вновь образовавшееся в 2010 ледяное термокарстовое озеро.
Таким образом, активная деградация термокарстовых озер и образование новых термокарстовых озер ледяного происхождения ещё раз подчеркивают наличие стремительного глобального потепления климата на нашей планете.
Результаты представленных исследований были использованы в совместной научной статье «Риски геоморфологических процессов на Севере (Арктике)» Югорского государственного университета и Тазовской СОШ в международном журнале прикладных и фундаментальных исследований №3 за 2020 год 8.
Социальная значимость исследовательской работы.
Анализ динамики деградации термокарстовых озер имеет практическую ценность. Появляется иллюстративная возможность передать информацию о текущих событиях в наших широтах для жителей тундры и учащимся коренной национальности. Такие мероприятия по экологическому образованию в период обозначившегося глобального потепления проводятся регулярно с учащимися Тазовской школы-интерната. Это позволяет местному, постоянно кочующему населению, воспринимать происходящие события вполне осознанно. Вопросами популяризации экологического образования занимается научный экоотряд «Полярная сова» Тазовской средней общеобразовательной школы. Экологический проект «Спасем Голубое озеро» о судьбе уникального термокарстового озера, возникшего в результате карьерной разработки грунта в 2011 году, стал победителем Всероссийского экологического конкурса «Берегите Землю!» в ноябре 2020 года.
Список литературы:
Адиева Анжелика «Исследование термокарстовых озер вблизи поселка Тазовский ЯНАО» Балтийский научно-инженерный конкурс 2014 г. https://baltkonkurs.ru/features/po-godam/2014-2/
Брыксина Н.А., Кирпотин С.Н., Полищук Ю.М./ «Динамика площадей термокарстовых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в условиях глобального потепления». // Вестник Томского государственного университета. – Томск, 2008.
Брыксина Н. А. Диссертация: «Научно-методические основы применения данных дистанционного зондирования при исследовании динамики термокарстовых ландшафтов Западно - Сибирской равнины». Томск. 2011г.
Возникновение и распространение термокарстовых озер на территории... moluch.ru/archive/44/5202копия
Мерзлотоведение — Горная энциклопедия mining-enc.ru/m/merzlotovedenie…копия
Свечников Сергей «Динамика деградации термокарстовых озёр» Балтийский научно-инженерный конкурс 2017 г. https://baltkonkurs.ru/features/po-godam/2017-2/
Термокарстовое озеро ru-ecology.info/term/12116
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