Translate this page:
Please select your language to translate the article


You can just close the window to don't translate
Library
Your profile

Back to contents

Arctic and Antarctica
Reference:

Method of delineation of in the area of Lake Churapcha in Central Yakutia: generalization of engineering and geological surveys of 1995 and study of modern polygonal microrelief

Sal'va Andrei Mikhailovich

PhD in Geology and Mineralogy

Docent, the department of Land Management and Landscape Architecture, Arctic State Agrotechnological University

677007, Russia, respublika Respublika Sakha (yakutiya), g. Yakutsk, ul. Shosse Sergelyakhskoe 3, 3, kab. 1.416

salvaam@mail.ru
Other publications by this author
 

 

DOI:

10.7256/2453-8922.2020.3.32906

Received:

14-05-2020


Published:

30-09-2020


Abstract: The object of this research is the ice wedge casts and concomitant polygonal microrelief. The subject of this research is the delineation of ice wedge casts on the margin of southern exposure of the Lake Churapcha in Central Yakutia. It is a known fact that in permafrost areas, a pronounced polygonal microrelief is a sign of the presence of ice wedge casts. In geology, “delineation” is the outlining of contours and delimitation of boundaries of the deposits, minerals, and zones with different quality of mineral raw materials and mining-geological conditions, according to the data of geological study for rational development. Ice wedge casts and there is such deposit. The article summarizes the results of field engineering and geological surveys conducted in 1995 on the shore slope of southern exposure the lake that contains ice wedge casts. The author also examines the data from modern satellite images for detecting the activation of polygonal microrelief. The surveys of 1995 confirmed the widespread occurrence of ice wedge casts in the indicated district. According to geological section, the ice wedge casts were identified and delineated. The results of section of the bottom of lake-reservoir demonstrate that it is located in the “thawing bowl”. The presence of ice wedge casts is also indicated by a pronounced polygonal microrelief, which is confirmed by satellite images. As a result of climate warming, the upper limit of ice wedge casts may also change, approximately to 0.3 m, which depends on the air temperature, amount of precipitation and depth of seasonal thawing.


Keywords:

underground ice, polygonal microrelief, thermokarst, permafrost, seasonal layer, surveys, satellite images, lake, reservoir, Churapcha


Введение

Село Чурапча – административный центр Чурапчинского района в нем проживает более 10 тыс. человек. Расстояние от столицы республики города Якутска составляет 180 км. В селе действуют 7 детских дошкольных, 5 общеобразовательных учреждений, 2 образовательных учреждения среднего и высшего профессионального образования, производственные предприятия и социальные объекты [1].

В селе расположено уникальное озеро «Чурапча», которое относится к числу особо охраняемых природных территорий республиканского (регионального) значения. Оно имеет самостоятельное культурное, эстетическое и рекреационное значение, представляющее экономическую, социальную и историческую ценность для нынешних и будущих поколений, включает в себя значительную естественную среду обитания для сохранения биологического разнообразия.

._1

Рис. 1. Район исследования (желтыми точечными линиями на космическом снимке обозначены границы полигонального микрорельефа, красными линиями обозначены профили и номера буровых скважин)

Озеро «Чурапча» имеет лопастно-овальную форму, вытянуто с востока на запад (рис. 1). Генетический тип котловины – термокарстово-эрозионный, антропогенно-преобразованный. Оно расположено на территории районного центра с. Чурапча. Географические координаты: 62º0.703ʹ – 61º59.917ʹ с.ш., 132º26.342ʹ – 132º30.655ʹ в.д. Вода в озеро поступает через искусственные каналы от плотины р. Татта, с запада по естественному руслу поступает р. Куохара. Площадь зеркала воды озера – 2,75 км2. Площадь водосборного бассейна – 151 км2. Длина озера – 3,71 км. Ширина озера – 0,07-1,28 км. Озеро является водохранилищем, на его спуске сооружен сифон, позволяющий сохранить уровневый режим вод. Вокруг озера (водохранилища) построены жилые объекты. Остальная часть береговой линии покрыта березовым лесом, под которым развиты мощные подземные льды. В настоящее время некоторые берега водохранилища перерабатываются его водами. Длина береговой линии – более 15 км. Глубины озеро Чурапча распределяются неравномерно. Максимальная глубина – до 5 м отмечена в центральной части водохранилища. В остальных частях глубина колеблется от 50 см до 3 м. Под озером расположен возрастающий талик. В целях предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения вод, а также сохранения среды обитания водных биологических ресурсов и других объектов животного и растительного мира установлена водоохранная зона шириной 50 (пятьдесят) метров, на которой установлен специальный режим осуществления хозяйственной и иной деятельности [2].

Материал и методы исследования

При проведении инженерно-геологических изысканий в 90-х годах прошлого столетия для проектирования объектов водоснабжения на данной территории выявилось разнообразие современных криогенных процессов, и их многочисленных проявлений в рельефе значительно осложняющих строительство и эксплуатацию гидротехнических сооружений. Реализация рабочих проектов позволила выделить ряд опасных, в инженерно-геологическом отношении, процессов и явлений, характерных для исследуемой территории: развитие структур-полигонов; формирование подземных повторно-жильных льдов; разрушение берегов озёр в связи с оттаиванием подземных льдов; термоэрозионное оврагообразование; наличие таликовых зон; термокарстовые образования (ямы, провалы, котловины – аласы); морозобойое трещинообразование; бугры пучение (булгунняхи). Однако наше внимание привлекли такие процессы, как развитие структур-полигонов и формирование подземных повторно-жильных льдов [3-12].

Климатическое потепление и мерзлотные процессы на исследуемой территории приводят к постепенному высыханию, заболачиванию и исчезновению озёр как основного источника воды в населенных пунктах. В настоящее время, в заречных районах Центральной Якутии, имеют место неблагоприятные взаимодействия систем магистрального водоснабжения с геокриологической средой. В некоторых населенных пунктах, вследствие развития термокарстовых образований и распространения морозобойных трещин, термопровалов, активной переработки, обрушения берегов озер и оврагообразования возникают случаи угрозы жилому сектору.

При изучении использовался следующий комплекс методов; полевые инженерно-геологические изыскания, включая геоморфологические, топогеодезические, геотермические методы исследования, буровые работы и другие [13]. В настоящее время с ним были добавлены методы дистанционного зондирования с использованием космических снимков [14-17].

Цель работы – оконтуривание повторно-жильных льдов и изучение космических снимком активизации полигонального микрорельефа.

Результаты и осуждение

Ярким примером существующей связи одних проявлений криогенных процессов с другими служит исследование, проведенное в 1995 году по укреплению берегов термокарстового озера в поселке Чурапча. Протаивание повторно-жильных льдов привели к переработке и обрушению берегов озера, сопровождающегося оврагообразованием и увеличением объема термокарстовой котловины. Наиболее сильному оттаиванию и обрушению подвергся склон берега южной экспозиции. Рельеф местности ярковыраженный полигональный с множеством морозобойных трещин и провалов. При бурении десятиметровыми скважинами (рис. 2, скважина 1, 2, 3) на верхней бровке склона, клинья повторно-жильного льда начинались с глубины сезонного протаивания грунтов от 1,6-2,4 метров и доходили до 10 и более метров [18].

._2

Рис. 2. Мерзлотный профиль склона южной экспозиции термокарстовой котловины с повторно-жильными льдами и пробуренными скважинами (Чурапча, сентябрь, 1995 г)

Бурение по краям днища озера трехметровыми скважинами (рис. 2, скважина 4) выявило сезонноталый грунт, мерзлый грунт подсечен не был, лишь в единичных случаях наблюдался слабомерзлый грунт почти на забое скважины, что говорит о значительном оттаивании.

На космическом снимке (рис. 1) в плане показаны профили разрезов по линии А – Б и линии В – Г. В инженерно-геологическом разрезе по линии А – Б из шести скважин, во всех, с глубины 2,8 – 5,0 м. начинался повторно-жильный лед, заканчивался он по разному в скважине № 3 на 12,2 метров (скважины пробуренные в сентябре 1995 г).

Для примера исследован литологический состав отложений и криогенное строение оконтуривающей скважины № 4:

0,0–0,1 м. Почвенно-растительный слой.

0,1–1,5 м. Суглинок темно-серый талый влажный, с 1,8 м. слабомерзлый

1,8–2,0 м. Суглинок тёмно-серый мёрзлый слабольдистый.

2,0–7,8 м. Лёд мутный, с редкими включениями грунта диаметром 0,4–1,2 см.

7,8–8,8 м. Супесь тяжёлая, тёмно-серая, мёрзлая, криогенная текстура – тонкослоистая, редкие шлиры льда толщиной 1–2 мм расположены наклонно.

8,8–10,15 м. Супесь легкая, жёлто-серая, твердомёрзлая, криогенная текстура – массивная. Бурение прекращено.

Для оконтуривания подземного льда было еще пробурено три скважины - 4а, 4б, 4в (рис. 3).

._3

Рис. 3. Разрез по линии А – Б склона южной экспозиции термокарстовой котловины с пробуренными скважинами (Чурапча, сентябрь, 1995 г)

По краям днища озера были пробурены трехметровые скважины по линии В – Г (рис. 4). Инженерно-геологический разрез этих скважинах в основном состоял из суглинков темно-серых, талых до забоя, т. е. до 3 м. и более. Иногда встречался пластично-мерзлый грунт, глубине с интервалами 3,4 – 3,6 м; 4,1 – 4,4 м. и 2,9 – 3,0 м. В единичных случаях грунт был супесчаный, подземных льдов не наблюдалось.

._4

Рис. 4. Разрез по линии В – Г днища озера с пробуренными скважинами (Чурапча, сентябрь, 1995 г)

Кроме того, на этой площадки ярко-выраженный полигональный микрорельеф, границы которого на рисунке 1 обозначены желтой пунктирной линией, встречающийся в Центральной Якутии довольно часто (рис. 5).

._5

Рис. 5. Полигональный микрорельеф (Фото А.М. Сальва )

Через 25 лет автор возобновил исследования по космическим снимкам и в качестве материала были использованы космоснимки из интернет-сайта в открытом доступе https://yandex.ru/maps и https://google.com/maps. По космическим снимкам выявлены территории активизации полигонального микрорельефа непосредственной близости от озеро-водохранилища Чурапча. На рисунке (рис. 6) показаны 6 участков с той или иной активизацией полигонального микрорельефа. Но наиболее пораженные активизацией – участки 3,4,5 и 6.

._6

Рис. 6. Космические снимки полигонального микрорельефа возле водохранилища Чурапча

Вопросами изменения климата и деградации многолетнемерзлых пород занималось большое количество, как отечественных, так и зарубежных ученых. Автору кажется очень из наиболее интерсных статья о расчете, так называемого индекса природной геокриологической опасности [19]. Из отмеченной в этой публикации О. А. Анисимова и М. А. Белолучкой по сценарию изменения климата в середине XXI века для территории России, наиболее подходит немецкая модель общей циркуляции атмосферы и океана (ЕСНАМ-4) - повышение температуры воздуха на 2-3 градуса.

Изучив космические снимки 2015 и 2019 годов в программе Google Earth Pro, а также ландшафтные описания полигонального микрорельефа 1995 года были зафиксированы небольшие изменения, на рисунке они отмечены желтой точечной линей - это зоны обводнения полигонов (рис. 7).

_7_02

Рис. 7. Сравнение космических снимков 2015 и 2019 годов

Согласно исследованиям в работе М. И. Лоскина [20] потепление климата за последние 30 лет на 2,5 градуса по метеостанции Чурапча увеличило глубину сезонного оттаивания на 0,3 м. и температуру грунтов на глубине 10 м. на 2,4 градуса.

По другим данным [21] среднегодовая и среднемесячная температура воздуха изменяются, но в меньшей степени. Так обработка статистических данных температуры воздуха в 1995 и 2019 годах показала повышение среднегодовой температуры воздуха на 0,7 градусов и среднемесячной в июле на 0,9 градуса (табл. 1).

Таблица 1.

Среднемесячная июльская и среднегодовая температура воздуха на метеостанции Чурапча за период 1995 - 2019 годы

годы 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Т. июль 17,3 18,1 19,1 22,0 18,9 19,5 22,1 18,7 21,4 18,2 17,8 18,3 16,7
Т, среднегодовая 9,3 -10,3 -10,0 -10,4 -10,8 -11,1 -10,2 -9,0 -10,0 -11,5 -9,3 -10,2 -8,5
годы 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
Т, июль 20,5 20,4 21,8 22,5 20,6 18,7 18,4 19,6 18,2 18,9 19,3 18,2
Т, среднегодовая -8,6 -9,1 -9,3 -9,1 -9,0 -8,9 -9,1 -8,2 -9,2 -8,5 -8,6 -8,6

Автор опирается на результаты исследования в диссертационной работе М. И. Лоскина [20], по ним, если произошло увеличение глубины сезонного оттаивания на 0,3 м., то кровля повторно-жильных льдов тоже изменится.

Выводы. Проведённые в 1995 году изыскания подтвердили широкое распространение повторно-жильных льдов в многолетнемерзлых породах берега южной экспозиции озера Чурапча в Центральной Якутии. По инженерно-геологическому разрезу изысканий выявлены и оконтурены повторно-жильные льды. Также по результатам инженерно-геологического разреза скважин днища озеро-водохранилища Чурапча, исходя из того, что почти все скважины были в талом грунте, можно с уверенностью сказать, что озеро расположено в «чаше оттаивания». О наличии повторно-жильных льдов свидетельствует ярко выраженный полигональный микрорельеф, что подтверждается данными космических снимков. В результате потепления климата за двадцатипятилетний период верхняя граница повторно-жильных льдов может немного сдвинутся - примерно до 0,3 м., это зависит от температуры воздуха, количества атмосферных осадков и глубины сезонного оттаивания.

References
1. Pasport sela Churapcha na 01 yanvarya 2018 goda [Elektronnyi resurs]. Rezhim dostupa: https://churapcha.sakha.gov.ru/Pasport-MO (data obrashcheniya 25.01.2018).
2. Kadastrovyi otchet po OOPT Unikal'noe ozero [Elektronnyi resurs]. Rezhim dostupa: https:// oopt.aari.ru›oopt/Ozero-Churapcha/cadastre/pdf (data obrashcheniya 15.05.2020).
3. Are F.E. Razvitie termokarstovykh ozer v Tsentral'noi Yakutii. Putevoditel' 2-i Mezhdunar. konf. po merzlotoved. Yakutsk. 1973. 25 s.
4. Are F.E., Balobaev V.T., Bosikov N.P. Osobennosti pererabotki beregov termokarstovykh ozer Tsentral'noi Yakutii // Ozera kriolitozony Sibiri. Novosibirsk: Nauka. 1974. S. 39-53.
5. Bosikov N.P., Vasil'ev I.S., Fedorov A.N. Merzlotnye landshafty zony osvoeniya Leno-Aldanskogo mezhdurech'ya. Yakutsk, 1985. 124 s.
6. Bosikov N.P. Povtorno-zhil'nye l'dy v alasakh Tsentral'noi Yakutii // Geokriologicheskie usloviya v gorakh i na ravninakh Azii, Yakutsk, 1978. S. 119–122.
7. Bosikov N.P. Evolyutsiya alasov Tsentral'noi Yakutii. Yakutsk: Izd-vo IMZ SO RAN, 1991. 128 s.
8. Vasil'chuk Yu.K. Izotopnye variatsii vo l'du torfyanykh i ledo-mineral'nykh bugrov pucheniya-pal'za i lital'za // Arktika i Antarktika. 2018. № 1. S. 1-49. DOI: 10.7256/2453-8922.2018.1.25910 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=25910.
9. Vasil'chuk Yu.K. Povtorno-zhil'nye l'dy; geterotsiklichnost', geterokhronnost', geterogennost'. Monografiya // Izd-vo Mosk. un-ta. M. 2006 M.: Izd-vo MGU, 2006. 404 s.
10. Vasil'chuk Yu.K., Budantseva N.A. Radiouglerodnoe opredelenie vozrasta bulgunnyakha na mestorozhdenii Pestsovoe v severnoi chasti Zapadnoi Sibiri // Inzhenernaya geologiya, izdatel'stvo PNIIS. M., № 2, S. 16-23.
11. Vasil'chuk Yu.K., Shmelev D.G., Budantseva N.A., Cherbunina M.Yu., Brushkov A.V., Vasil'chuk A.K., Chizhova Yu.N. Izotopno-kislorodnyi i deiterievyi sostav singeneticheskikh povtorno-zhil'nykh l'dov razrezov Mamontova Gora i Syrdakh i rekonstruktsiya pozdnepleistotsenovykh zimnikh temperatur Tsentral'noi Yakutii // Arktika i Antarktika. 2017. № 2. S. 112–135. DOI: 10.7256/2453-8922.2017.2.23189.
12. Ivanov M.S. Podzemnye l'dy i termokarstovyi rel'ef vostochnoi chasti Tsentral'noi Yakutii: Avtoref. dis. ... kand. geogr. nauk. Moskva, 1982. 24 s.
13. Isachenko G.A. Metody polevykh landshaftnykh issledovanii i landshaftno-ekologicheskoe kartografirovanie. Sankt-Peterburg: Izd-vo SPbGU, 1999. 112 s.
14. Veremeeva A. A. Formirovanie i sovremennaya dinamika ozerno-termokarstovogo rel'efa tundrovoi zony Kolymskoi nizmennosti po dannym kosmicheskoi s''emki: Dissertatsiya ... kand. geogr. nauk. Moskva, 2017. 134 s.
15. Bryksina N.A.. Izuchenie dinamiki izmenenii termokarstovykh form rel'efa s ispol'zovaniem kosmicheskikh snimkov / N.A. Bryskina, A.V. Evtyushkin, Yu.M. Polishchuk // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa: Fizicheskie osnovy, metody i tekhnologii monitoringa okruzhayushchei sredy, potentsial'no opasnykh yavlenii i ob''ektov. Sbornik nauchnykh statei. Vypusk 4. Tom II. M.: OOO «Azbuka-2000», 2007. S. 123–129.
16. Kizyakov A.I., Zimin M.V., Leibman M.O., Pravikova N.V. Primenenie kosmicheskoi s''emki vysokogo razresheniya dlya opredeleniya skorosti termodenudatsii i termoabrazii na Zapadnom poberezh'e ostrova Kolguev // Geokriologicheskoe kartografirovanie: Problemy i perspektivy: Programma konferentsii. Tezisy konferentsii. Moskva. 5-6 iyunya 2013 g. M.: RUDN. 2013. S. 108–111.
17. Labutina I.A., Baldina E.A. Praktikum po kursu «Deshifrirovanie aerokosmicheskikh snimkov». Uchebnoe posobie. M.: Geograficheskii fakul'tet MGU, 2013. 168 s.
18. Sal'va A. M. Tekhnoprirodnye kriogennye protsessy v zone vliyaniya magistral'nogo vodosnabzheniya v Tsentral'noi Yakutii (na primere uchastka samotechnogo kanala): Dissertatsiya geol.-min. nauk. Yakutsk. 2012. 136 s.
19. Anisimov O.A., Belolutskaya M.A. Otsenka vliyaniya izmeneniya klimata i degradatsii vechnoi merzloty na infrastrukturu v severnykh regionakh Rossii // Meteorologiya i gidrologiya, 2002. № 6. S. 15–22.
20. Loskin M. I. Povyshenie vodoobespechennosti sel'skokhozyaistvennykh ob''ektov na osnove preventivnykh meropriyatii, obespechivayushchikh ustoichiovst' nizkonapornykh gruntovykh plotin Tsentral'noi Yakutii: dissertatsiya ... kand. tekhn. nauk. Moskva, 2019. – 144 s.
21. Dannye gidrometeorologicheskogo tsentra: pis'mo ot 26.12.2018 № 20/430-562 / FGBU «Yakutskoe upravlenie po gidrometeorologii i monitoringu okruzhayushchei sredy». Gidrometeorologicheskii tsentr; Yakutsk, 2018. – 3 s.