Возникновение и распространение термокарстовых озер на территории Якутии

Территория Якутии располагается в области распространения многолетнемерзлых горных пород, около 90% территории (2,8 млн. км²) находится в пределах сплошной мерзлой зоне. Регион расположен в глубине материка, что является препятствием для поступления воздушных масс с востока и юга, с запада прикрыт горными массивами Среднесибирского плоскогорья и только с северной части проникают холодные воздушные массы с Арктики, что обуславливает формирование резко-континентального климата.

Широкое хозяйственное освоение территорий с многолетнемерзлыми породами вызывает изменение геокриологических условий и является причиной интенсификации и возникновения криогенных процессов. В области криолитозоны эти процессы представляют собой основную форму реакции геологической среды на техногенные воздействия и существенно препятствуют освоению территории. Одним из распространенных криогенных физико-геологических процессов является термокарст. С развитием термокарста связаны значительные трудности при освоении территории с многолетнемерзлыми грунтами [16].

Термокарстом(термическим карстом) называют геологический процесс и соответствующие ему явление, выражающиеся в образовании просадочных и провальных форм рельефа, вследствие вытаивания подземных льдов [12,13]. Формы проявления термокарста разнообразны и столь многочисленны, что термокарст во многих районах территории с толщами мерзлых пород (ТМП) является основным физико – геологическим процессом [15].

Исследованием термокарстав разное время занимались ряд ученых такие как, Арэ Ф.Э. [1], Качурин С.П. [5],Соловьев П.А. [12,13], Шур Ю.Л.[15,16], Кудрявцев В.А. [7] и др. Условие возникновение термокарста можно сформулировать следующим образом: термокарст начинает образовываться в том случае, если в силу тех или иных причин происходит таяние льда или оттаивание сильно льдистого грунта, находящихся до этого в многолетнемерзлом состоянии. Обычно это происходит на некотором ограниченном участке.

Математически это условие можно записать в виде:

S_от∩S_лммг≠ ø (1)

где S_от – область оттаивания;

S_{лммг –} область льда или сильно льдистого грунта в многлетнемерзлой толще.

В настоящее время принята следующая форма записи условия возникновения термокарста:

h_от>h_л, (2)

где h_от – глубина оттаивания;

h_л – глубина залегания верхней поверхности льда или сильно льдистого грунта.

В самой широкой трактовке условия (1) и (2) эквивалентны, если оттаивание происходит с поверхности грунта. Однако обычно условие (2) подменяется условием:

h_от+Δh_от>h_л (3)

где h_{от -} глубина сезонного оттаивания;

Δ h_от – приращение глубины сезонного оттаивания.

Условие этой формуле гласит, что термокарст формируется в результате увеличения глубины сезонного оттаивания. Рассмотренные условия отражают лишь одну сторону явления – процесс оттаивания льда в грунте. Их необходимо дополнить условием уменьшения объема грунта при его оттаивании:

V_т<V_ммг(4)

Если рассматриваются термокарстовые образования, связанные с оттаиванием больших объемов льда при сохранении вмещающего лед грунта в мерзлом состоянии, то V_т=0. Условия (1) и (4) объясняют сам факт возникновения и развития явления независимо от того, какими причинами оно вызвано [15].

Таблица 1

Причины возникновения термокарста (обобщение современных представлений)

Если изменение климата принимаются за основную причину возникновения термокарста, то первым из них называется периодическое потепление климата. Однако при всей очевидности этой причины многие факторы свидетельствуют против ее принятия [16].

Термокарстовые озера – наиболее яркоеморфологическое и гидрологическое проявление термокарста. Интерес к термокарстовым озерам вызывается особенностями из возникновения и развития, возможностью их использования и затруднениями в освоении территории, которые они вызывают. В отличие от озер вне области с многолетнемерзлыми породами, обычно давно прошедшими стадию своего развития, термокарстовые озера увеличиваются по площади со скоростями переформирования берегов, измеряемыми зачастую метрами и десятками метров в год [15].В Западной Сибири термокарстовых озер используют в качестве индикаторов потепления климата [6].

Озера термокарстового происхождения распространены на рассматриваемой территории почти повсеместно (занимают примерно 80%). Большая часть сконцентрирована на территории Центральной Якутии и на северной части рассматриваемого региона. В основном встречаются на покровных отложениях древних выровненных денудационных равнин и плато, сложенных мезозойскими осадочными породами, на покровах современных денудационных равнин и плато с теми же мезозойскими породами, а также на средних и высоких террасах крупных рек Центральной Якутии.

Озерные котловины могут возникать при любых рельефообразующих процессах, в связи, с чем генетическая классификация их основывается на геоморфологических признаках. Котловина может представлять собой или простую впадину, или сложную, включающую несколько впадин и возвышений дна [2].

В Центральной Якутии термокарстовые озера распространены в аласных котловинах. Аласы – это интразональные ландшафты криолитозоны со своеобразными почвами и луговой растительностью, микроклиматом и животным миром. Они представляют собой динамичную систему, тесно связанную с динамикой климата. Интенсивность изменения уровня в аласных озерах обратно пропорциональна амплитуде температуры воздуха в летний период. В засушливые годы испарения с поверхности аласных озер уносит воды в 2-10 раз больше, чем выпадает в виде жидких осадков. Результаты многолетних исследований геокриологов обобщены в фундаментальной монографии П.А.Соловьева «Криолитозона северной части Лено-Амгинского междуречья» [1959], «Аласный рельеф Центральной Якутии и его происхождение» [1962], в коллективном труде «Строение и абсолютная геохронология аласных отложений Центральной Якутии» [1979] и в монографиях М.С.Иванова «Криогенное строение четвертичных отложений Лено-Алданской впадины» [1984], Н.П.Босиков «Эволюция аласов Центральной Якутии» [1991]. В перечисленных работах аласные ландшафты рассматриваются как природный уникум, связанный с историей развития мерзлотных форм рельефа в условиях повсеместного распространения многолетнемерзлых влагонасыщенных пород и их деградации.

Будучи замкнутыми или полузамкнутыми термокарстовыми котловинами, аласы в своем развитии сильно зависят от наличия подземных льдов. Зрелая стадия развития наступает в пору полного их вытаивания. При дальнейшем развитии, проходя ряд стадий, они превращаются в сухие или с остаточным озерком котловины, с характерным только их комплексом таких фаций, как остаточные озера, булгунняхи, разнотравно – злаковые луга на болотных почвах и т.д. Определяющим фактором превращения термокарстовых озер в аласы является засушливый климат территории. Отсутствие у аласных озер поверхностного стока делает их зависимыми от годовых и многолетних изменений количества осадков и величины испарения.

Развитие аласов Центральной Якутии имеет ритмический характер. Выделяется многовековой ритм, обусловленный изменчивостью общей увлажненности больших территорий. В нем прослеживаются вековые и внутривековые колебания, из которых наиболее заметны следы в развитии аласных котловин оставляют 150-180-летние ритмы. В этом ритме происходит полный цикл по схеме обводнение – усыхание. Последнее высокое стояние воды в аласных озерах происходило с 20-х годов XIX в. до начала XXв. В это время процессы расширения и слияния аласных котловин получили широкое развитие. Следующее массовое их обводнение и связанное с ним оживление термокарстовых и термоабразионных процессов прогнозируется на 80-е годы текущего столетия, что подтверждается обстановкой последних лет [11].

Особенности возникновения и развития термокарстовых озер на территории Яно-Индигирской низменности, Н.И. Мухин (1974) выделяет шесть стадий, которые немного отличаются от озер, расположенных в Центральной части Якутии. Но здесь в основном влияет климатический фактор. Поскольку при суровых климатических и геокриологических условиях основной причиной, приводящей к возникновению термокарста, является воздействие воды, скапливающейся и застаивающейся в небольших понижениях рельефа, то естественно предположить, что климат влияет на возникновение термокарста главным образом через степень увлажненности территории. Следовательно, климат влияет на возникновение термокарста через степень увлажненности территории [6].

Рис.1.

Коэффициент корреляции между площадью и объемом озер расположенных по всей территории, имеют достаточно тесную связь (рис.1), это говорит о том, что котловины термокарстовых озер очень схожие. Установленные связи между площадями озер и их объемами оказываются достаточно тесными, что свидетельствуют рассчитанные результаты корреляции (рис.1) [10].

Средняя площадь зеркала исследованных термокарстовых озер составляет около 3,08 км², это с учетом больших озер как: Ниджили (119 км²), Мюрю (12,9 км.²), Денкюнде (33,77км.²), Белое (19,2 км.²) и т.д. Средний объем воды около 0,009 км³, что показывает их небольшую глубину, примерная средняя глубина термокарстовых озер достигает от 1,1м.- 1.3м.

Таким образом, озера термокарстового происхождения образуются в зоне распространения вечной мерзлоты, вечная мерзлота играет роль при образовании озера. Максимальные глубины озер колеблются от 2 до 5м., в основном преобладающая часть неглубокая. В большинстве случаев термокарстовые озера непроточные, основной источник питания - атмосферное, что являются индикаторами увлажненности территории.

Литература:

1. Арэ Ф.Э.Температурный режим озер Центральной Якутии в весенний период // Вопросы географии Якутии. – Л.:Гидрометеоиздат, 1973.

2. Богословский Б.Б. Основы гидрологии суши. Ленинград, 1974.

3. БосиковН.П. «Эволюция аласов Центральной Якутии», Якутск, 1991.

4. Иванов М.С. Криогенное строение четвертичных отложений Лено – Алданской впадины. – Новосибирск: Наука, 1984. – 125с.

5. Качурин С.П. Термокарстна,территории СССР. М.Изд-во АН СССР, 1961.

6. Кирпотин С.Н., Полищук Ю.М., Брыксина Н.А. Динамика площадей термокарстовых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в Условиях глобального потепления// Вестник Томского Государственного Университета. Томск, №311, 2008.

7. Кудрявцев В.А. О термокарсте // Вопросы физической географии полярных стран, вып. 1. Изд. географического ф-та МГУ, 1959.

8. Мостахов С.Е. Озерность бассейна р.Лены// Озера криолитозоны Сибири.- Новосибирск: Наука, 1974.

9. Мухин Н.И. Особенности возникновения и развития термокарстовых озер на территории Яно-Индигирской низменности//Озера криолитозоны Сибири.- Новосибирск: Наука, 1974.

10. Нестерева М.И. Пространственные особенности строения разнотипных озерных котловин на территории Якутии. Общество. Среда. Развитие. – СПб., 2011 – 227с.

11. Саввинов Д.Д., Миронова С.И., Босиков Н.П. и др. // Аласныеэкосиситемы: Структура, функционирование, динамика– Новосибирск: Наука, 2005. – 264с.

12. Соловьев П.А.Криолитозона северной части Лено – Амгинского междуречья. – М.: Изд-во АН СССР, 1959. – 144с.

13. Соловьев П.А.Аласный рельеф Центральной Якутии и его происхождение//Многолетнемерзлые породы и сопутствующие им явление на территории Якутской АССР. – М: Изд-во АН СССР, 1962.

14. Сумгин М.И., Качурин С.П. и др. Общее мерзлотоведение. – М., 1940 – 347с.

15. Шур Ю.Л. Термокарст. К теплофизическим основам учения о закономерностях развития процесса - М.:Недра, 1977.

16. Шур Ю.Л. Верхний горизонт толщи мерзлых пород и термокарст. Новосибирск, Наука, 1988, 211 с.