Этап 2016 года

Развитие географической оболочки Земли происходит под воздействием экзогенных и эндогенных факторов. Ведущее значение при этом принадлежит притоку солнечной энергии, которая является главным источником энергии экзогенных процессов, протекающих в зоне гипергенеза. На протяжении десятков и сотен тысяч лет климатические условия создавали и создают характерный рельеф, формируют элементы и режим гидросети, устанавливают границы оледенений. Иными словами, тип и структуру любого ландшафта определяет баланс тепла и влаги. Исследуя зависимость между соотношением тепла и влаги, с одной стороны, и типом ландшафтов с другой, А.А. Григорьев и М.И. Будыко в середине прошлого века, сформулировали периодический закон географической зональности. Закон показывает, что пространственное размещение географических зон определяется распределением баланса солнечной энергии и отношением радиационного баланса к количеству тепла, необходимому для испарения годовой суммы осадков. Из подобия характеристик широтных географических зон на равнинах и вертикальных ландшафтных зон в горах И.А. Волков пришел к выводу о том, что толща атмосферы Земли имеет четко выраженную стратификацию и делится на несколько гидротермических слоев, каждый из которых характеризуется соответствующей доминантой баланса тепла и влаги.

В эпоху четвертичных оледенений, глубокая трансформация климатических условий вызывала изменение высотного положения каждого гидротермического слоя атмосферы. Это, в свою очередь, повлекло пространственное смещение границ широтных географических зон на равнинах и вертикальных ландшафтных поясов в горах. Участки поверхности, ранее входившие в какую-либо природную зону или пояс, в изменившихся условиях тепло- и влагообеспеченности оказывались в иной зоне, с совершенно новой ландшафтообразующей средой.

В позднем неоплейстоцене оледенение Монгольского Алтая развивалось и достигло максимума на фоне общепланетарного похолодания и снижения региональных летних температур на 4,5 — 5о. При этом величина депрессии снеговой границы, а соответственно и границ гидротермических поясов, составила 800-850 м. Со времени последнего ледникового максимума размеры оледенения неуклонно сокращаются, границы гидротермических и ландшафтных поясов смещаются вверх, вызывая коренную перестройку освобожденного ото льда рельефа — основы перигляциального ландшафта. Перигляциальные ландшафты являются важными структурными элементами высокогорных геосистем. В научный обиход, термин «перигляциальный» был введен  В. Лозинским в 1909 г., под которым он понимал обусловленные климатическими условиями черты областей, примыкающих к плейстоценовым ледниковыми покровами. Позднее термин стали понимать несколько шире, включая в него процессы, условия, климат и формы рельефа, характерные для древних и современных приледниковых территорий.

Отличительной особенностью перигляциальных ландшафтов Монгольского Алтая является «молодость» и ярко выраженная динамичность, вызванная активно протекающими нивальными, криогенными и гравитационными процессами. Главным фактором формирования перигляциальных ландшафтов является климат, поскольку именно он определяет динамику оледенения, режим поверхностного стока и характер экзогенных процессов.

Климат Внутренней Азии на протяжении последнего столетия испытывал значительные изменения, которые четко проявлялись в повышении основной характеристики климата – глобальной температуры. Анализ среднепериодных наблюдений на метеостанциях Монголии (использованы ресурсы NCDC —  Американского Национального Центра Климатических Данных (ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data)) показал, что среднегодовая  температура воздуха на территории Монголии возросла на 2.07 °C за период с 1940 по 2015 г., причем потепление, наиболее ярко выраженное к началу ХХI в. (Рисунок 1), повсеместно сопровождалось климатическими аномалиями (Рисунок 2), в результате чего региональный климат претерпел существенные изменения. 

Рисунок 1. Изменение средних летних температур воздуха Монголии,

Рисунок 1. Изменение средних летних (слева) и средних зимних (справа) температур воздуха Монголии, по данным 48 метеостанций за период с 1940 по настоящее время.

Устойчивое потепление атмосферы привело к значительному (до 30 %), сокращению горного оледенения, деградации альпийской мерзлоты, отразилось на режиме выпадения атмосферных осадков (Рисунок 3). Необходимо отметить, что увеличение минимальных, максимальных и средних значений температуры воздуха на территории Западной Монголии за период 1940-2015 г.г., на разных высотных уровнях имеет положительную корреляцию между ростом температуры воздуха и абсолютной высотой, наиболее выраженную в летний период, хотя в последнем десятилетии отмечается повышение средней годовой температуры воздуха и за счет потепления зим. 

Рисунок 2. Аномалии среднегодовых температур Монголии за период инструментальных наблюдений (1956-2015 г.г.)

Рисунок 2. Аномалии среднегодовых температур Монголии за период инструментальных наблюдений (1956-2015 г.г.)

Рисунок 3. Аномалии выпадения атмосферных осадков (мм) на территории Монголии за период инструментальных наблюдений (1956-2015 г.г.)

Рисунок 3. Аномалии выпадения атмосферных осадков (мм) на территории Монголии за период инструментальных наблюдений (1956-2015 г.г.)

Климатические колебания последних десятилетий повлекли за собой существенные и необратимые изменения в пространственной структуре нивально-гляциальных ландшафтов Монгольского Алтая, выраженные в формировании новейшей морфоскульптуры. Для количественной оценки ландшафтной трансформации, в рамках проекта разработана, апробирована и внедрена в использование  региональная геоинформационная система «ЭвКЛиД» (Эволюция и Климатогенная Ландшафтная Динамика) (Рисунок 4). Система создана в программной среде открытого пакета Microdem/TerraBase V.16.0, Petmar Trilobite Breeding Ranch®  — простого и эффективного средства хранения, визуализации и анализа пространственных данных.

Информационной основой ГИС «ЭвКЛиД» является банк данных, организованный в виде каталогов, включающих листы топографической основы масштаба 1:25000, тематические базы данных в формате DBASE, материалы полихронного дистанционного зондирования. Все пространственные данные ГИС «ЭвКЛиД» приведены к единой системе координат (WGS 84) и трансформированы в проeкцию UTM, векторные карты представлены в формате Shape-файлов. В качестве цифровой модели рельефа используются планшеты Aster Global DEM второго поколения  и NASA SRTM матрицы с разрешением 1 arc sec.

Формирование банка данных ГИС «ЭвКЛиД» осуществлялось из открытых сетевых порталов и файловых архивов Геологической службы США USGS (Global Data Explorer http://gdex.cr.usgs.gov/gdex/,  Earth Explorer https://earthexplorer.usgs.gov/), Национального Аэро Kосмического Агентства NASA (EOSDIS https://reverb.echo.nasa.gov/reverb), Роскосмоса (Геопортал http://gptl.ru/). В каталог полихронных ДДЗ включены мультиспектральные цифровые изображения высокого разрешения с аппаратов Landsat 8, Landsat 7 ETM+, Landsat 5,  ERTS, WorldView -2 , монохромные снимки KH-4B (Таблица 1).

Таблица 1.

Структура каталога данных дистанционного зондирования

 

 

Сенсор

 

ID снимка

 

Дата съемки

Landsat 8

LC81420262016226LGN00

LC81410272015216LGN00

LC81410262015200LGN00

2016-08-13

2015-08-04

2015-07-19

Landsat 7 ETM+

LE71420262015231EDC00 

LE71410262015208EDC00

LE71410262004210PFS01

LT51420262004193BJC00

LE71410272003207ASN02

LE71410272002220SGS00

LE71410262002220SGS00

LE71420262002195SGS00

2015-08-19

 2015-07-27

2004-07-28

2004-07-11

2003-07-26

2002-08-08

2002-08-08

2002-07-14

Landsat 5

LT51420262011228IKR00

LT51410262010218IKR00 

LT51410262001209BJC00

LT51410262000207BJC00

LT51410261998217BJC00

LT51420261998208BJC00

LT51410261996196BJC00

LT51420261995216BJC00

LT51420261991221BJC00

LM51410261991198AAA03

LM51410271991198AAA03

LT51410261991198XXX03

2011-08-16

2010-08-06

2001-07-28

2000-07-25

1998-08-05

1998-07-27

1996-07-14

1995-08-04

1991-08-09

1991-07-17

1991-07-17

1991-07-17

ERTS (Landsat 2)

LM21530261977261AAA03 LM21530261977225TGS03

1977-09-18

1977-08-13

KH-4B

DS1104-1055DF007

DS1104-1055DA013 

1968-08-11

1968-08-11

WorldView — 110

1030010048939200

2015-08-19

 

Рисунок 4 . Программный интерфейс ГИС ЭвКЛиД

Рисунок 4 . Программный интерфейс ГИС ЭвКЛиД

Для более четкого и контрастного отображения контуров ледников, при обработке мультиспектральных снимков Landsat, в среде Microdem/TerraBase V.16.0 были синтезированны изображения с использованием каналов 7–5–3. Для увеличения пространственного разрешения сцен Landsat 7,8 использовался панхроматический диапазон съемки (канал 8). Векторизация элементов ландшафтов осуществлялась в ручном режиме. При расчете площадей трехмерной поверхности ледников, в качестве цифровой модели рельефа использованы матрицы NASA SRTM  и ASTER GDEM V.2. Проведенная в полевых условиях верификация опорных точек оцифрованных полигонов, выявила погрешность измерений, не превышающих 10%. Границы ледников МЛЭ реконструировались по хорошо выраженным в рельефе краевым моренным комплексам.

Хребет Сутай расположен в южной части Монгольского Алтая и относится к области эпиплатформенного горообразования, сложенной сильно дислоцированными осадочно-вулканогенными породами нижнего и среднего палеозоя и выделяется сложным тектоническим строением. Хребет имеет типичный альпийский облик с характерными для него атрибутами — густой сетью каров, узких гребней – аретов и глубоко врезанных трогов. В четвертичное время Сутай подвергался неоднократному оледенению, о чем свидетельствует классический ряд ледниково-экзарационных, ледниково-аккумулятивных и водно-ледниковых форм, сохранившихся в рельефе ледниковых долин и междолинных пространств (Рисунок 5).

Рисунок 5 . Обнажение неоплейстоценовых ледниковых отложений в правом борту

Рисунок 5 . Обнажение неоплейстоценовых ледниковых отложений в правом борту долины р. Хушуут, в среднем течении.

Характерной чертой атмосферной циркуляции района исследований является преобладание в течение всего года западного переноса воздушных масс и азвитие циклонической деятельности на арктическом и полярных фронтах. Годовой режим осадков является типичным для областей с континентальным климатом. Более половины зимнего количества осадков выпадает в первую половину зимы (с ноября по декабрь), характеризующуюся неустойчивой циклонической погодой. Основной же период зимы (с января по март) проходит на фоне высокого давления. Количество осадков в это время не велико. Весной вследствие усиления циклонической деятельности количество осадков несколько увеличивается и к июлю достигает максимума.

На термический режим региона основное влияние оказывают особенности рельефа, значения абсолютной высоты и характеристики снежного покрова. Минимальные температуры воздуха отмечаются в январе, максимальные в июле. Для склонов хребта в летний период возможен точный расчет температуры воздуха по данным ближайших метеостанций Дарви и Цэцэг, с учетом установленного градиента (0,58-0,590 на 100 метров подъема).

Для альпийской зоны хребта характерны значительные амплитуды колебаний суточных температур, частые переходы через нулевую отметку в весенний и осенний периоды создают  благоприятные условия для развития механического выветривания, и как следствие, приводят к формированию многочисленных обвалов, россыпей и осыпей на водоразделах и склонах долин. Высокие значения абсолютных и относительных высот, различия в составе и строении горных пород, изменение с высотой температурных условий и режима выпадения атмосферных осадков, обуславливают зональность процессов современного рельефообразования.

Сутай является самым южным центром оледенения Монгольского Алтая. Нижняя граница нивально-гляциального пояса хребта на 150-200 м. выше по сравнению с другими ледниковыми районами Западной Монголии. Современное оледенение Сутая представлено 14 ледниками четырех морфологических типов: плосковершинных, висячих, каровых, и карово-долинных (Рисунок 6). Основная часть ледников сосредоточена в высотным поясе от 3600-4150 м и имеет северную экспозицию. 

Рисунок 6. Ледники северного макросклона хребта Сутай.

Рисунок 6. Ледники северного макросклона хребта Сутай.

К числу наиболее важных черт рельефа, определяющих морфологические особенности ледников Сутая, относятся:

a.уплощенные, платообразные вершинные части водоразделов, являющихся бассейнами аккумуляции навеянных каровых и висячих ледников;

b.ступенчатость привершинных поверхностей склонов, способствующая концентрированному накоплению снежно-фирновых масс;

c.унаследованная ориентировка основных снеговместилищ, связанная с господствующим западным влагопереносом.

В рельефе долин северного макросклона хребта Сутай отчетливо сохранились следы активизации ледников в Малую ледниковую эпоху (17-19 вв) выраженные в виде краевых моренных комплексов. Главным морфологическим признаком комплексов является наличие гряды фронтальной морены, надежно распознаваемой на материалах космосъемки, и использованный нами в качестве репера, для реконструкции пространственных характеристик нивально-гляциальной зоны на период МЛЭ. С учетом 3D топографии в максимум трансгрессивной стадии МЛЭ ледниковые ландшафты занимали 16.02 км2 территории Сутая (Рисунок 7). Инверсия нижней границы ледникового пояса, вызванная снижением региональных температур на 0.6 – 0.80, достигала 200 метров. Мощность долинных ледников в бассейне Цагаангола, реконструированная по гипсометрии береговых морен, в два раза превосходила современную. 

Рисунок 7. Оледенение хребта Сутай в максимальную стадию МЛЭ

 Рисунок 7. Оледенение хребта Сутай в максимальную стадию МЛЭ

 

Рисунок 8 . Соотношение границ современного оледенения хребта Сутай

                         Рисунок 8 . Соотношение границ современного оледенения хребта Сутай и максимума МЛЭ (красный контур).

Перестройка климата в постмаксимальную фазу МЛЭ повлекла за собой пространственную трансформацию нивально-гляциального пояса хребта, выраженную в прогрессирующем сокращении размеров оледенения а и аплифтинге его нижних вертикальных пределов. К августу 2015 года суммарная площадь оледенения Сутая сократилась до 11,21 км2 (Рисунок 8). 

В зоне дегляциации, под воздействием изменившегося климатического фона, субгляциальные отложения перешли в разряд субаэральных. На молодой   литогенной основе стали формироваться эмбриональные перигляциальные ландшафты.

Основным свойством ландшафтов развивающихся в пределах перигляциальной зоны хребта, является прстранственно-временная динамика, строго подчиненная изменению внешних гидротермических условий. К числу наиболее значимых процессов, принимающих участие в их формировании, относятся солифлюкция, криогенное оползание и термокарст.

Солифлюкционные образования распространены достаточно широко на территории исследования, и приурочены к нижним частям склонов долин в высотном интервале от 2400 до 3000 м. Их генезис и динамика связаны с широким распространением многолетнемерзлых рыхлых пород, гидротермическим режимом региона и развитием растительного покрова. Как правило, солифлюкционные формы встречаются группами и занимают выпуклые участки бортов долин с углами наклона от 10 до 300. В плане они имеют вид фестонов, более крупные формы представлены террасами. Размеры террас варьируют в широких пределах: длина  — от 4 до 30 м, ширина от 0,5 до 6 м и высотой уступа от 0,5 до 1,5-2 м.

К более высоким гипсометрическим уровням склонов приурочены открытые, не задернованные формы солифлюкционных образований, зачастую с ярко выраженным уступом из грубых обломков. У основания склонов, более широкое распространение получили задернованные солифлюкционные террасы и лопасти с постгенетическим развитием микроформ пучения и морозной сортировки.

Рисунок 9. Солифлюкционная терраса в левобережье верховьев долины реки Хушуут,

Рисунок 9. Солифлюкционная терраса в левобережье верховьев долины реки Хушуут, осложненная микрорельефом туфуров (слева) и её разрез (справа). Абс. высота 2675 м.

Исследование внутреннего строения задернованных солифлюкционных форм   выявило цикличность их развития (Рисунок 9). Установлено, что каждый цикл течения грунта завершался этапом почвоформирования. Мощность почвенного горизонта современного этапа свидетельствует о более длительном периоде его формирования, по сравнению с двумя более древними.

В отличии от задернованных форм, открытые формы криогенного оползания (Рисунок 10) образуются за счет первичных процессов вымораживания более крупных обломков на дневную поверхность из отложений с доминантой суглинистой фракции, с последующим смещением вниз.  Открытые формы, в плане имеющие форму языка имеют невысокий уступ  (20-40 см) и ограничивающий его бордюр. 

Рисунок 10. Верхняя, пригребневая часть склона долины Хушуут с активным развивитием открытых форм солифлюкции.

       Рисунок 10. Верхняя, пригребневая часть склона долины Хушуут с активным развивитием открытых форм солифлюкции

При движении вверх по склону отмечается их закономерное омолаживание, выраженное в свежести морфологических элементов и отсутствии на обломках лишайникового покрытия. Современные образования многочисленны, но значительно уступают в размерах более древним. Специфика строения мерзлотных форм  указывает на существование в недавнем прошлом условий, способствующих более интенсивному развитию криогенных процессов.

Отличительной особенностью перигляциальной зоны хребта Сутай является отсутствие озер, что объясняется топографическими особенностями территории, и обусловленной ими морфологией оледенения: преобладанием ледников висячего типа, не продуцирующих конечно-моренных комплексов, создающих благоприятные условия для формирования приледниковых водоемов.