Растительность, влажность почвы и содержание льда компенсируют деградацию многолетней мерзлоты
16.08.2023
Ученые Института криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН, Тюменского государственного университета и Университета Джорджа Вашингтона (США) обобщили результаты 43-летних наблюдений за сезонным оттаиванием многолетней мерзлоты в тундровых ландшафтах полуострова Ямал. Специалисты выяснили, что растительность, влажность почвы и содержание льда компенсируют деградацию многолетней мерзлоты. Результаты исследования опубликованы в международном журнале Geoscience.
"Многолетняя мерзлота — это породы, которые находятся в замороженном состоянии больше трех лет. Самой древней из них на сегодняшний день около 700 тысяч лет. Мы проводим исследования в районе геокриологического стационара Марре-Сале. Он основан Институтом гидрогеологии и инженерной геологии СССР (ВСЕГИНГЕО) в 1978 году на западном побережье полуострова Ямал, в районе типичной тундры и сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Занимаемся, кроме прочего, измерениями глубины сезонно-талого слоя и сравниваем, как она изменилась с 1970-х годов", — рассказывает старший научный сотрудник Института криосферы Земли СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Глеб Евгеньевич Облогов.
Сезонно-талый, или активный, слой — это тонкая прослойка почвы толщиной до 200 сантиметров, расположенная над многолетней мерзлотой. Он оттаивает летом и снова замерзает зимой. В конце августа, когда сезонное оттаивание грунта достигает максимальной глубины, исследователи измеряют показатели активного слоя: его глубину (мощность), влажность, содержание минеральных и органических веществ.
Ученые выяснили, что среднегодовая температура воздуха на исследовательской станции Марре-Сале с 1978-го по 2020 год увеличилась на 4 °C. Из-за повышения температуры и продолжительных летних сезонов активный слой увеличился на 10 см в хорошо дренированной тундре и на 33 см в песчаных раздувах с незначительной растительностью. Однако, несмотря на одинаковые климатические воздействия, глубина активного слоя осталась постоянной или относительно стабильной в торфяных болотах и даже уменьшилась на 14 см во влажной полигональной тундре.
Ландшафты типичной тундры разнообразны: выделяются сухие (дренированные), влажные и заболоченные. Из сухих ландшафтов доминируют дренированные полигональные травяно-кустарничково-лишайниковые тундры и песчаные раздувы.
Особенность полигональной тундры — в форме микрорельефа. Он выстроен крупными многоугольниками, которые разбиты морозобойными трещинами. Раздувы же представляют собой небольшие впадины, которые образовались в результате ветровой эрозии на ранее существовавшем песчаном основании.
Ученые показали, что, помимо теплового режима климата, на глубину оттаивания влияет глубина снежного покрова, время, продолжительность выпадения осадков, влажность верхних горизонтов пород и растительность.
Среди растительности в Марре-Сале преобладают лишайники, мхи, различные виды травянистых растений (осока, пушица), некоторые виды низкорослых кустарников (карликовая березка, ивы). Растительность ограничивает развитие и толщину активного слоя. Особенно эффективным теплоизолятором выступают мхи. Чем их больше, тем меньше изменения активного слоя зависят от потепления. Помимо теплоизоляционного эффекта, мхи способствуют стабильности вечной мерзлоты за счет эвапотранспирации, процесса, который возвращает воду обратно в атмосферу.
Хорошим стабилизатором активного слоя может быть переходная зона, расположенная между мерзлыми грунтами и многолетней мерзлотой. Она придает устойчивость многолетней мерзлоте, функционирует как линия защиты, препятствующая низкоамплитудным или резким климатическим колебаниям.
Для России таяние многолетней мерзлоты может стать острой проблемой. Изменение средней температуры в стране происходит в 2,5 раза быстрее, чем в мире.
"У нас есть два принципа строительства. При одном строят на талых породах, при другом — на многолетнемерзлых. На Севере основа большинства зданий — это стабильные мерзлые породы. Если всё продолжит оттаивать, уже возникает и будет продолжаться потеря прочности оснований, разрушение зданий и инженерных сооружений. К тому же в мерзлоте содержится значительный объем метана и углекислого газа. По мере оттаивания активного слоя в атмосферу будут выбрасываться дополнительные объемы парниковых газов. Чем больше их в атмосфере, тем стремительнее меняется климат", — комментирует Глеб Евгеньевич.
"Многолетняя мерзлота — это породы, которые находятся в замороженном состоянии больше трех лет. Самой древней из них на сегодняшний день около 700 тысяч лет. Мы проводим исследования в районе геокриологического стационара Марре-Сале. Он основан Институтом гидрогеологии и инженерной геологии СССР (ВСЕГИНГЕО) в 1978 году на западном побережье полуострова Ямал, в районе типичной тундры и сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Занимаемся, кроме прочего, измерениями глубины сезонно-талого слоя и сравниваем, как она изменилась с 1970-х годов", — рассказывает старший научный сотрудник Института криосферы Земли СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Глеб Евгеньевич Облогов.
Сезонно-талый, или активный, слой — это тонкая прослойка почвы толщиной до 200 сантиметров, расположенная над многолетней мерзлотой. Он оттаивает летом и снова замерзает зимой. В конце августа, когда сезонное оттаивание грунта достигает максимальной глубины, исследователи измеряют показатели активного слоя: его глубину (мощность), влажность, содержание минеральных и органических веществ.
Ученые выяснили, что среднегодовая температура воздуха на исследовательской станции Марре-Сале с 1978-го по 2020 год увеличилась на 4 °C. Из-за повышения температуры и продолжительных летних сезонов активный слой увеличился на 10 см в хорошо дренированной тундре и на 33 см в песчаных раздувах с незначительной растительностью. Однако, несмотря на одинаковые климатические воздействия, глубина активного слоя осталась постоянной или относительно стабильной в торфяных болотах и даже уменьшилась на 14 см во влажной полигональной тундре.
Ландшафты типичной тундры разнообразны: выделяются сухие (дренированные), влажные и заболоченные. Из сухих ландшафтов доминируют дренированные полигональные травяно-кустарничково-лишайниковые тундры и песчаные раздувы.
Особенность полигональной тундры — в форме микрорельефа. Он выстроен крупными многоугольниками, которые разбиты морозобойными трещинами. Раздувы же представляют собой небольшие впадины, которые образовались в результате ветровой эрозии на ранее существовавшем песчаном основании.
Ученые показали, что, помимо теплового режима климата, на глубину оттаивания влияет глубина снежного покрова, время, продолжительность выпадения осадков, влажность верхних горизонтов пород и растительность.
Среди растительности в Марре-Сале преобладают лишайники, мхи, различные виды травянистых растений (осока, пушица), некоторые виды низкорослых кустарников (карликовая березка, ивы). Растительность ограничивает развитие и толщину активного слоя. Особенно эффективным теплоизолятором выступают мхи. Чем их больше, тем меньше изменения активного слоя зависят от потепления. Помимо теплоизоляционного эффекта, мхи способствуют стабильности вечной мерзлоты за счет эвапотранспирации, процесса, который возвращает воду обратно в атмосферу.
Хорошим стабилизатором активного слоя может быть переходная зона, расположенная между мерзлыми грунтами и многолетней мерзлотой. Она придает устойчивость многолетней мерзлоте, функционирует как линия защиты, препятствующая низкоамплитудным или резким климатическим колебаниям.
Для России таяние многолетней мерзлоты может стать острой проблемой. Изменение средней температуры в стране происходит в 2,5 раза быстрее, чем в мире.
"У нас есть два принципа строительства. При одном строят на талых породах, при другом — на многолетнемерзлых. На Севере основа большинства зданий — это стабильные мерзлые породы. Если всё продолжит оттаивать, уже возникает и будет продолжаться потеря прочности оснований, разрушение зданий и инженерных сооружений. К тому же в мерзлоте содержится значительный объем метана и углекислого газа. По мере оттаивания активного слоя в атмосферу будут выбрасываться дополнительные объемы парниковых газов. Чем больше их в атмосфере, тем стремительнее меняется климат", — комментирует Глеб Евгеньевич.
Автор: Полина Щербакова
Источник: Наука в Сибири