Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Зачастую понятие безопасность считается обратным риску. Оценка безопасности подразумевает характеристику риска и наоборот.

«В конце XX века в РФ началась смена парадигм безопасности от детерминированной (обоснованной на системе постоянных безопасных порогов, как правило, предельно допустимых концентраций, доз, уровней воздействия) к вероятностной, основанной на оценке множества рисков. Смена парадигм безопасности особенно ярко проявляется в условиях Северных и Арктических регионов России» [1, с. 441].

«Под геоморфологической безопасностью следует понимать состояние социально-геоморфологических систем, отражающее степень эффективности их функционирования (в частности, природопользования) с точки зрения свойств рельефа» [2, с. 74].

Примерами детерминированной парадигмы служит разработанная методика комплексной целевой оценки рельефа, которая основывается зависимости геоморфологических процессов от условий его развития [3], а также методика оценки комплексной геоморфологической безопасности территории методом логарифмического масштабирования [4].

Эти методики представляют интерес в условиях отсутствия информации о распространении и величине геоморфологических процессов. В тех случаях, когда мы имеем возможность провести наблюдения, объективность оценки геоморфологической безопасности территории возрастает. С учетом специфики Севера и Арктики общей методической базой статьи может стать классификация опасных геоморфологических процессов, представленная в работе С.Б. Кузьмина [5]. Примеры региональных исследований по геоморфологическим рискам приведены в статьях В.И. Готванского, Е.В. Лебедевой [6] и Э.А. Лихачевой и др. [7].

Однако оценка множества рисков геоморфологических процессов применительно к Северу и Арктике осталась вне сферы современных исследований. Именно в этом авторы видят актуальность статьи.

Цель работы: выявление множества рисков геоморфологических процессов Арктического бассейна. Достижение цели опирается на решение следующих задач:

1. Анализ особенностей береговых деформаций и режима твердого стока рек Арктического бассейна.

2. Быстрое таяние вечной мерзлоты в Арктике как фактор риска.

3. Гидродинамическая гипотеза преобразования котловин термокарстовых озер.

4. Особенности риска геоморфологических процессов в устьевых зонах великих рек Сибири.

Особенности береговых деформаций и режима твердого стока рек Арктического бассейна

Бассейн реки включает в себя систему геоморфологических процессов, продуцирующую под действием текущих вод различные формы глубинной и боковой эрозии. Следует выделить ведущие географические факторы, определяющие береговые деформаций: особенности происхождения предельно равнинного рельефа Западно-Сибирской равнины, центростремительный тип речной сети центральной части Обь-Иртышского бассейна, а также антропогенные изменения русел ряда рек.

Реки Обь-Иртышского бассейна из-за предельно равнинного рельефа имеют низкие скорости движения воды (ряд из них стали рекордсменами в мире по коэффициенту меандрирования). Поэтому для региона характерны интенсивные береговые деформаций и высокая мутность рек. Объем стока р. Обь около 400 км3/год и уступает Енисею и Лене, твердый сток составляет 6,6 тыс. т с км2 в год, превосходя Енисей.

На некоторых участках р. Оби, например, размыв берегов достигает 23–25 м/год [8] (рис. 1), а мутность р. Оби в среднем значительно превосходит мутность Енисея и Лены (табл. 1). Мутность р. Оби падает к низовьям из-за уменьшения скорости воды в русле.

Рис. 1. Размыв берега Оби у с. Селиярово в 2007 г.

Режим твердого стока Арктического бассейна представлен в табл. 1.

По данным А.А. Земцова наносы, переносимые Обью из областей повышенной эрозионной деятельности, аккумулируется в ее среднем и нижнем течении. Так, в среднем течении (от р. Томи до р. Иртыш), Обь отлагает около 13,2 млн т взвешенных наносов за год, или около 8,8 тыс. т на 1 км русла реки [10]. Для средней Оби и нижнего Иртыша характерна самая высокая транзитность взвешенных и влекомых наносов.

Быстрое таяние вечной мерзлоты в Арктике как фактор риска

«При сохранении наблюдаемого с 1980 г. тренда на потепление климата Арктики будут упрощаться ледовые условия. Однако возрастут риски, связанные с усилением ветроволновой активности, с ростом уровня моря и оттаиванием вечномерзлых пород. Вследствие сложения ряда факторов усилится разрушение льдистых и рыхлых берегов» [11, с. 17].

Ветроволновая абразия становится одним из значимых факторов разрушения берегов крупных рек, портовых сооружений, причалов и защитных сооружений, строящихся в Арктической зоне [12].

За последние десятилетия число дней с сильными морозами (–30 °С и ниже) сократилось. Сильные морозы устанавливаются лишь на короткий интервал времени (до 3–5 суток), тогда как несколько десятилетий назад, они продолжались до месяца и более. В результате не происходит накопление холода, поверхностный слой мерзлоты тает (табл. 2). Наблюдения проводились в п. Тазовский Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО).

Таблица 2

Слой оттаявшей мерзлоты и средняя температура зимы

Изучение таяния вечной мерзлоты в тундровой зоне проводилось в урочище Салякаптан (окрестности п. Тазовский). В основу обеих таблиц легли наблюдения метеостанции аэропорта Тазовский. Средние температуры зимы оценивались по температурам трех зимних месяцев. Было определено, что интенсивность таяния вечной мерзлоты зависит как от температуры зимы, так и от количества выпавших летних осадков (табл. 3).

В таблице указаны средние летние осадки за июнь, июль и август. В эти месяцы интенсивно тает верхний слой мерзлоты в тундре. Величина оттаявшего слоя вечной мерзлоты замерялась проколами грунта металлическим щупом. Для получения репрезентативного результата полученные значения осреднялись. Таким образом, в тундре в отличие от поселка не наблюдается опасная деградация вечной мерзлоты, каждую зиму многолетняя мерзлота полностью восстанавливается.

Таблица 3

Зависимость таяния вечной мерзлоты от количества выпавших осадков

«В ЯНАО идет интенсивная просадка бугров пучения. На основе натурных наблюдений удалось определить скорость просадок, составляющую 20–25 см в год» [11, с. 18]. Наблюдения за буграми пучения в Тазовском с 1999 г. указывают на то, что бугры бучения интенсивно деградируют в результате потепления.

«Обычно высота таких бугров достигает 2–5 м при ширине основания до 20 м. Их генезис связан с миграцией влаги в процессе промерзания из окружающих отложений. В ряде случаев их образование обусловлено подтягиванием влаги из нижележащего водоносного горизонта» [10, с. 200].

«Таяние вечной мерзлоты, связанное с потеплением климата, приводит к стремительной водной эрозии (термокарсту). Видеосюжеты местных СМИ, заснятых в ЯНАО, фиксируют значительные разрушения береговых линий рек и речушек, вызванных стремительной водной эрозией. Быстро протекающие эрозионные процессы приводят к разрушению мостов через северные реки. Сказываются также: слабая гидрометеорологическая изученность, сложные инженерно-геологические условия (мерзлота и др.), ошибки при проектировании и строительстве» [11, с. 17–18].

Гидродинамическая гипотеза преобразования котловин термокарстовых озер

«Большинство озерных котловин на севере Западно-Сибирской равнины – термокарстовые. Их образование обусловлено таяньем пластов и линз льда в многолетнемерзлых грунтах. Такие озера имеют обрывистые берега, сложенные торфом и суглинками со значительной льдистостью» [10, с. 231].

На момент образования формы термокарстовых озер различаются. По мере развития котловины приобретают округлую форму. Было сформулировано предположение, что на севере Западной Сибири округлая форма термокарстовых озер формируется за счет вращением воды. В термокарстовых озерах из-за нагрева поверхностного слоя воды возникает температурная стратификация, которая приводит к круговому движению воды против часовой стрелки.

Гидродинамическая гипотеза, предложенная Б.П. Ткачевым [13], была подтверждена в ходе полевых измерений вращения воды в термокарстовых озерах ЯНАО (рис. 2). Это вращение не зависит от направления ветра и размеров озер. Подобные исследования проводились на 9 озерах с круглой конфигурацией. Гипотеза полностью подтвердилась. Сохранение отрицательных температур на дне больших термокарстовых озер является следствием низкой теплопроводности воды. Примером сохранения ледяных линз на своем дне является озеро Самотлор и ряд других озер севера Западной Сибири.

Рис. 2. Поплавок с указательной стрелкой соосно соединенной с подводным флюгером

Таким образом, определение зависимости таяния мерзлоты от средней зимней температуры и от количества выпавших осадков летом, а также полевые исследования в устьевой зоне Иртыша и в термокарстовых озерах ЯНАО позволили количественно оценить величину геоморфологических процессов, в результате объективность оценки геоморфологической безопасности территории возрастает.

Особенности риска геоморфологических процессов в устьевых зонах великих рек Сибири

Геоморфологические условия безопасного судовождения определяются не только мелководьем Северного морского пути в Арктике, но и быстрыми геоморфологическими изменениями устьевой зоны рек.

«В последнее время во всем мире повысился интерес к изучению специфических природных объектов, занимающих особое место на земной поверхности, – устьевых областей рек» [11, с. 18].

Обь-Иртышский бассейн имеет уникальное природное образование – губу. Навигационный период в ней достигает 2,5 месяца.

В Обской губе из-за дноуглубительных работ при разработке проекта «Ямал СПГ» сформировалась песчаной отмель. Современное состояние песчаной отмели, перекрывающей выход из Обской губы стабильно [14].

«Происходят изменения судового хода Оби, Иртыша, Таза, в результате чего проводка судов в устьевой области осложнилась. В связи с этим изучение зрозионно-аккумулятивных процессов, формирующих природный облик устьевой зоны рек, приобретает высокую значимость» [13, с. 51].

Таким образом, устьевые зоны великих рек Оби и Иртыша находятся в особых условиях, когда происходят быстрые геоморфологические изменения. С одной стороны, увеличивается срок навигации, с другой стороны, в результате активной водной эрозии с берегов большое количество взвешенных частиц заполняет устьевые участки рек, глубоководные воронки гидродинамического происхождения забиваются песком и реки мелеют, что резко ухудшает судоходство. Наиболее напряженная ситуация сформировалась в Тазовской губе, где необходимы работы по углублению форватера. Возникновение и развитие самих глубоководных воронок в устьевых участках рек объясняет гидродинамическая гипотеза.

Заключение

Геоморфологические риски наиболее обоснованно оценивать в рамках речных бассейнов. Бассейны сибирских рек являются «тыловой зоной» Арктики. Основными рисками, рассчитываемыми в рамках бассейнов являются наводнения, приводящие к значительным ущербам и риски низких уровней воды в межень, приводящие к значительным затратам, а также глубинная и боковая эрозия.

В результате изменения климата в Арктике наблюдается интенсивная просадка бугров пучения, опасная деградация вечной мерзлоты, приводящая к стремительной водной эрозии, росту обводненности и заозеренности территории, преобразованию котловин термокарстовых озер. Множественная оценка рисков геоморфологических процессов повышает объективность результатов и играет значительную роль хозяйственного развития Севера (Арктики).

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-13-00423.