описание

В рамках активного освоения арктических регионов и наблюдающегося потепления климата, необходимые сведения о характеристиках мерзлоты, динамике метеорологических условий, освоении водных ресурсов. Площадь освоения земель горнодобывающими предприятиями увеличивается, нарушая естественные природные условия, что способствует развитию опасных гидрологических и криогенных явлений. Цель проекта – оценка изменения процессов водообмена в горной криолитозоне Северо-Востока России на основе современных и исторических данных в результате потепления климата и антропогенного вмешательства. Основным результатом проекта является действующая круглогодично сеть мониторинга процессов горной криолитозоны в Магаданской области. К концу 2024 г. получены актуальные сведения о состоянии многолетнемерзлых пород, динамике наледеобразования, гидрологических и гидрогеологических процессах. На основе геофизических методов получены уникальные фундаментальные данные, раскрывающие строение наледных полян гигантских наледей. Анализ изотопного состава осадков, наледного льда, речного стока в пределах ключевых участков позволил оценить соотношение различных типов природных вод в структуре речного стока и его динамику в результате влияния различных факторов. Получены данные о динамике мерзлоты в различных ландшафтах и под воздействием различных факторов. Впервые на территории Магаданской области разбита площадка CALM для длительных наблюдений за динамикой сезонно талого слоя. Полученные данные актуальны для решения прикладных задач освоения территорий Северо-Востока, адаптации региона к последствиям изменения климата.

описание для неспециалистов

На Колыме, как и во всей Арктике меняется климат. Это приводит к негативным последствиям и ущербам, связанным как с протаиванием мерзлоты, так и повышением частоты и интенсивности опасных природных явлений. Усиливаются природные и техногенные риски, они влияют на безопасную и эффективную эксплуатацию существующей и проектируемой инфраструктуры. По оценкам Росавтодора ежегодные затраты на компенсацию геокриологических рисков для дорожной сети Северо-Востока составляют около 1.2-1.8 млрд рублей в год. Изменения условий залегания мерзлоты стали причиной деформации здания Магаданского аэропорта, а каждый год более интенсивное оттаивание ледяных линз приводит к деформации и разрушению дорожного покрытия, жилых зданий и инфраструктуры. В настоящее время в области развиваются инфраструктурные проекты, наращиваются объемы добычи драгоценных металлов. При реализации этих проектов необходимо учитывать изменения природной среды и резервировать надежность зданий и сооружений на будущее. Проблема очевидна – необходима своевременная адаптация всех сфер жизнедеятельности к изменениям. Именно поэтому Президентом и Правительством Российской Федерации даны распоряжения подготовки планов адаптации регионов страны к изменениям климата. Для решения указанных проблем необходимы актуальные данные о состоянии окружающей среды, многолетней мерзлоты, гидрологическом режиме. В результате выполнения проекта в Магаданской области создана сеть мониторинга и специальных исследований на объектах горной криолитозоны. На основе современных приборов получены уникальные данные высокого временного разрешения, которые позволят оценить воздействие изменения климата на природную среду и дать прогноз ее трансформации в будущем. К настоящему моменту сеть мониторинга включает в себя два ключевых объекта – стационар Анмангындинская наледь и Колымская Водно-балансовая станция, а также сеть из 22 термометрических и 3 гидрогеологических скважин глубиной от 5 до 30 м. В теплый период года проводятся полевые выезды и специальные исследования на объектах. В зимний период все объекты оборудованы автоматическими логгерами, ведутся наблюдения за характеристиками снежного покрова. Совместный анализ данных, полученных авторами проекта, и исторических материалов наблюдений в регионе, позволит дать не только оценку происходящих процессов, но и их прогноз в будущем.

основные результаты по этапу (подробно)

За 2024 г. в ходе реализации проекта были получены следующие результаты:
1.Расширена сеть наблюдательных скважин за температурой пород на территории Магаданской области. За 2024 г. оборудовано 8 скважин, глубина 5-15 м.
2.Получены результаты обработки данных беспилотного летательного аппарата, который использовался для фиксации изменения морфометрических характеристик наледи. Расчеты показали, что 30.03.2023 г. объем Анмангындинской наледи составил 6.71 млн м3. Это наибольшая измеренная величина за современный период наблюдений.
3.Материалы наземных наблюдений свидетельствуют, что в 2023-2024 гг. часть льда Анмангындинской наледи сохранилось и было включено повторно в формирование наледи. По данным GNSS средняя толщина наледи на середину сентября 2024 г. составила 1.14 м. До 2022 г. согласно материалам спутникового мониторинга наледь стаивала полностью.
4.На территории Тенькинского муниципального округа на отметках до 800 м максимальная высота снежного покрова составляет 30-60 см, а выше – достигает 70-100 см, Такие же значения (60–70 см и более) наблюдаются вблизи г. Магадан, где абсолютные отметки составляют 118-346 м.
5.На основе анализа режима снегонакопления в бассейне р. Анмангында и пос. Усть-Омчуг установлено, что максимальная толщина снежного покрова увеличивается с севера на юг, установлена линейная связь с высотой местности. По пунктам, которые находятся вблизи Колымской водно-балансовой станции таких выводов сделано не было.
6.По данным новых термометрических скважин установлено, что на высоких абсолютных отметках (>900 м) широтная зональность температуры пород отсутствует. Это может быть связанно с особенностью процессов снегонакопления: на оголенных поверхностях снег сдувается и задерживается на участках с растительностью. Глубина сезонного оттаивания в различных скважинах сопоставима (2-3 м) и обусловлена низкой влажностью крупнообломочных отложений сезонно-талого слоя.
7.Проанализированы материалы проб речного стока 2021-2023 гг., отобранных на гидрохимический состав. Обработка данных показала, что по химическому составу вода р. Анмангында в створе выше наледи относится к сульфатно-гидрокарбонатному классу, в створе ниже наледи также преобладают ионы гидрокарбоната, а общая жесткость воды немного выше. Воды крупного притока р. Ольчан относят к сульфатному классу.
8.Анализ изотопного состава речной воды и льда показал, что средний изотопный состав наледных вод составил -21.90‰. Средневзвешенное по расходу воды содержание тяжелого кислорода в водах р. Анмангында составило -22.16‰ что хорошо согласуется с ранее полученными данными для бассейна р. Колыма.
9.Проведена георадиолокационная съемка наледной поляны для оценки толщины наледи, ее границ, площади и объема, а также глубины сезонного промерзания пород. Установлено, что в апреле 2024 г. максимальная толщина льда составила 6.74 м, а объем наледи – 5.79 млн м3. Результаты наблюдений согласуются с материалами наземной съемки, выполненной с помощью GNSS, которая показала, что объем составил 5.86 млн м3 (разница в 1.3% или 0.2 мм слоя стока). Средняя глубина сезонного промерзания составила 4.0 м.
10.Результаты георадиолокационной съемки вблизи термометрических скважин показали, что подошва сезонно-талого слоя зачастую совпадает с верхней границей глины или сланцев. Это может говорить о том, что в районе присутствуют высокольдистые глины и естественного тепла не хватает на их нагрев.
11.Анализ свойств отложений на площадке CALM «Наледь» показал, что на исследуемой территории выделяются два основных типа грунта – торф и глина, которые существенно различаются по своим физическим свойствам и, что наиболее важно, определяют глубину сезонного оттаивания.
12.Расширены функциональны возможности модели «Гидрограф» за счет введения нового блока «Наледь». Это позволило учесть влияние наледных явлений на сток рек на суточном интервале, что представляет важное значение для понимания процессов водообмена в криолитозоне. Апробация алгоритма проведена для р. Анмангында. Установлено, что при его использовании величина ошибки расчета годового стока реки составила 13%, уменьшившись на 5% (ранее 18%). Критерий Нэша-Сатклиффа улучшился и составил в среднем 0.57 (ранее 0.41).
13.Собрана серия космических снимков за безоблачный период, покрывающий всю площадь бассейна р. Колыма. Получены первые результаты тестирования алгоритмов машинного обучения для определения типов ландшафта горной части бассейна р. Колымы.
Полученные данные актуальны для решения прикладных задач освоения территорий Северо-Востока, адаптации региона к последствиям изменения климата.

основные результаты по этапу (кратко)

В рамках
проекта за 2024 г. были получены следующие основные результаты:



1.        
Расширена сеть наблюдений за геокриологическими и
метеорологическими условиями региона, пробурены и оборудованы 8 новых термометрических
скважин.



2.        
Получены новые данные о гидрологическом режиме в бассейнах
реки Анмангында и ручья Контактовый.



3.        
Для распределённой гидрологической модели «Гидрограф»
разработан блок «Наледь», который позволяет учитывать приток воды от наледей в
теплый период года.



4.        
Выполнен анализ изотопного и гидрохимического состава речной
воды и наледного льда.



5.        
С помощью методов дистанционного зондирования Земли выполнено
картирование ландшафтов для горной части реки Колыма.



6.        
Собраны и проанализированы данные термометрических скважин за
период 2021-2024 гг. Установлена связь с метеорологическими параметрами
(температурой воздуха, осадками, снежным покровом).



7.        
Получены новые данные на площадках CALM о глубине сезонноталого слоя, проанализировано
влияние растительного покрова на глубину протаивания.



8.        
Выполнены геофизические исследования на территории
Магаданской области с целью определения глубины сезонноталого слоя, а также
диэлектрической проницаемости пород.



Значимость полученных результатов для России и мира
заключается в следующем:

1.За четыре года выполнения проекта построена действующая сеть мониторинга и
специальных исследований природных процессов в горной криолитозоне. По охвату,
степени разнообразия природных условия, комплексности используемых методов
научный стационар Магаданской области не имеет аналогов в России.

2.Впервые на основе данных геокриологического мониторинга (22 действующие
скважины глубиной от 5 до 30 м) получены актуальные данные о характеристиках
мерзлоты для горного района верховьев бассейна р. Колымы, в котором такие
исследования ранее не проводились.

3.Впервые получена информация о режиме подземных вод и теплообмена в зоне
формирования гигантских наледей. Ранее все результаты основывались на расчетах
и гипотезах. Продолжительные наблюдения за режимом подземных вод, а также
геокриологическими условиями в зоне формирования наледи позволят установить
закономерности формирования таких объектов, оценить связь с мерзлотными,
метеорологическими, гидрологическими и другими факторами.

4.Впервые для района исследования собраны данные об изотопном составе природных
вод. По данным изотопной геохимии определены траектории движения воздушных масс
и особенности формирования речного стока в зависимости от ландшафтных
характеристик.

5.В течение трех лет на территории Магаданской области действует площадка по
наблюдению за деятельным слоем CALM, также ведутся наблюдения за снежным
покровом. В 2024 г проведены теплофизические исследования пород.

6.Накопленные авторами данные наблюдений о характеристиках снежного покрова в
горной части бассейна р. Колымы уже позволяют делать выводы о закономерностях
распределения снежного покрова на этой территории. В условиях дефицита
метеорологических станций и необходимости обеспечения безопасности дорожной
сети в условиях формирования снежных лавин полученные результаты являются
крайне актуальными.

7.Авторами апробированы разные методы оценки объема гигантской наледи, среди
которых георадиолокационная съемка, съемка с помощью БПЛА и высокоточного
геодезического оборудования. Результаты сопоставления данных показали, что
погрешность оценки размеров наледи разными методами составляет 2-5%. Такие
значения в дальнейшем позволяют выбирать наиболее эффективное и менее
трудозатратное по времени средство для проведения наблюдений.

описание вклада в работу каждого из участников (учётная форма ЦИТиС)

Макарьева Ольга Михайловна – руководство проектом, организация сети мониторинга, выполнение полевых исследований, анализ и обобщение данных мониторинга.
Осташов Андрей Алексеевич - проведение полевых работ на ключевых объектах Магаданской области, техническое обслуживание научного оборудования, проведение съемок БПЛА и интерпретация результатов данных дистанционного зондирования.
Землянскова Анастасия Александровна – установка научного оборудования, комплексный мониторинг состояния мерзлоты, подземных и поверхностных вод на объектах исследования; анализ и интерпретация данных мониторинга.
Илюшина Полина Геннадьевна – разработка идентификационных признаков мерзлотных ландшафтов горной части бассейна р. Колыма.
Юркевич Наталия Викторовна - анализ и интерпретация гидрохимических данных, полученных на ключевых объектах.
Шихирина Кристина Андреевна - химический анализ проб речного стока. наледных вод и других элементов водного баланса; первичная интерпретация данных.

передача полной копии отчёта третьим лицам для некоммерческого использования: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

не разрешается

проверка отчёта на неправомерные заимствования во внешних источниках: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

разрешается

обоснование междисциплинарного подхода

Водообмен в криолитозоне определяется комплексом факторов, включая гидрогеологическое и геокриологическое строение, механизмы связи поверхностных и подземных вод, ландшафтные характеристики. В связи с этим для изучения процессов гидрологического цикла криолитозоны необходимо применение междисциплинарного подхода, включающего методы исследований гидрологии, гидрогеологии, геологии и мерзлотоведения, а также геофизики и дистанционного зондирования.
Краткое названиеGZ-2024
АкронимM1_2024 - 1
СтатусВыполняется
Эффективные даты начала/конца1/01/2431/12/24

    Области исследований

  • Водообменные процессы, мерзлота, деятельный слой, талик, надмерзлотные воды, подземный сток, речной сток, наледи, математическое моделирование, мониторинг, изотопы, изменения климата, антропогенные нарушения, Северо-Восток России

Документы

ID: 126781615