Субаэральные и подозерные талики в сплошной криолитозоне Восточной Сибири: происхождение, современное состояние и реакция на изменение климата

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-17-20040

НазваниеСубаэральные и подозерные талики в сплошной криолитозоне Восточной Сибири: происхождение, современное состояние и реакция на изменение климата

Руководитель Павлова Надежда Анатольевна, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук , Республика Саха (Якутия)

Конкурс №66 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-306 - Геокриология

Ключевые слова Талик, сплошная мерзлота, мерзлотные ландшафты, георадиолокация, подземные воды, сезонная и межгодовая динамика талика, Центральная Якутия, изменение климата, математическое моделирование, лесные пожары

Код ГРНТИ38.65.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Текущие изменения климата в Арктическом регионе и Сибири происходят интенсивнее, чем в среднем по России. Реакция мерзлоты на происходящие природные изменения не однозначна. Согласно существующим мерзлотным картам и результатам региональных исследований, Центральная Якутия относится к зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты. Талики в сплошной криолитозоне – единственные пути питания и разгрузки подземных вод. Эволюция, строение, обводненность таликов, их гидрогеологическая роль, термический режим, гидрохимические особенности, перспективы использования для водоснабжения остаются открытыми вопросами. Не выявлены наиболее значимые закономерности распространения, связи гидрогеологических и гидрохимических особенностей таликов с генезисом озёр, геологическим строением территории, а также мерзлотными процессами, и климатическими условиями. Проект направлен на исследование влияния глобальных климатических изменений на мерзлотно-гидрогеологическую систему Восточной Сибири и на доступность подземных вод криолитозоны для водоснабжения. Целью исследования является оценка происхождения, распространения, температурного, уровенного и гидрохимического режима, сезонной и межгодовой динамики, а также перспектив использования для водоснабжения надмерзлотных таликов в самом густонаселенном регионе сплошной криолитозоны Восточной Сибири - в Центральной Якутии. Основными результатами проекта станут 1) характеристика межгодовой и сезонной изменчивости уровенного, температурного и гидрохимического режима субаэральных и субаквальных таликов, озер-источников и водотоков, основанные на трехгодичных частично автоматизированных наблюдениях, 2) новые данные о вертикальном строении и распространении в плане субаэральных и субаквальных таликов, их геолого-геофизические разрезы, полученные по результатам георадарных исследований и буровых работ, 3) схема распространения коэффициента таликовости различных ландшафтов Центральной Якутии и набор ландшафтно-индикационных признаков таликов, 4) оценка доли таликовых вод в питании рек и озер и выводы о влиянии таликов на водный баланс и гидрологический режим водных объектов, 5) математическая модель формирования и развития субаэрального и подозёрного талика, в помощью которой будут проверены существующие гипотезы происхождения таликов и рассчитаны проекции их вероятных изменений в будущем при различных климатических сценариях. Результаты проекта будут обладать научной новизной для трех дисциплин – мерзлотоведения, гидрогеологии и гидрологии. Планируется получить новые данные о состоянии пород верхней части геологического разреза на нескольких ключевых участках в различных районах Центральной Якутии. Будет разработан набор ландшафтных индикационных признаков, по которым будет составлена схема вероятного распространения надмерзлотных таликов Центральной Якутии. Схема будет обладать научной новизной и значимостью для регионального мерзлотоведения, а набор ландшафтно-индикационных признаков может быть применим в других регионах криолитозоны со схожими природными условиями. Подобные построения могут стать основой для оценки деградации многолетней мерзлоты при наблюдающихся климатических изменениях. Так как существование субаэральных и подозерных таликов часто связано с наличием подземных вод, полученные данные об их распространении дадут новую информацию о закономерностях распределения надмерзлотных вод в Центральной Якутии. Новые данные о подземных водах криолитозоны исследуемого региона позволят выдвинуть гипотезу о более значительной доле вклада подземных вод в питание рек, чем считается в настоящее время. Хотя выдвигались различные гипотезы происхождения субаэральных таликов в сплошной криолитозоне Центральной Якутии, этот вопрос остается спорным. Новизна предлагаемого проекта будет заключаться в проверке существующих гипотез происхождения таликов, а также в расчете проекций их изменений под влиянием изменений климата в будущем с помощью разработанной математической модели. Научная значимость проекта заключается в выявлении современного состояния и эволюции таликовых зон региона, предположительно являющихся чувствительными к происходящим изменениям климата. Схема вероятного распространения таликов Центральной Якутии станет значимым фундаментальным результатом, обладающим важным прикладным значением для уточнения инженерно-геокриологических условий региона. Наиболее распространенные в Центральной Якутии гидрогенные подозерные и подрусловые талики являются перспективными источниками воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, орошения, а также в качестве минеральных лечебно-профилактических вод. Предлагаемое научное исследование является весомым вкладом в решение фундаментальной задачи происхождения, современного состоянии и эволюции гидрогеологической системы обширной криолитозоны Российской Федерации.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Христофоров И.И., Данилов К.П., Горохов И.В., Лебедева Л.С., Омельяненко А.В. Георадарные исследования субаэральных таликов для оценки их влияния на грунты основания объектов дорожной сети в криолитозоне Инженерная геология (год публикации - 2023)

2. Лебедева Л., Павлова Н., Христофоров И. Geology, Structure, Ground Temperature and Groundwater Level in Aquifer Taliks in the Shestakovka River Basin, Eastern Siberia Land, 12, 16 (год публикации - 2023)
10.3390/land12010016

3. Попов С. В., Боронина А. С., Лебедева Л. С. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ СУБАЭРАЛЬНЫХ ТАЛИКОВ В РАМКАХ ОДНОМЕРНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НА ПРИМЕРЕ РАЙОНА РЕКИ ШЕСТАКОВКА, ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЯКУТИЯ ЛЁД И СНЕГ, ом 63, № 4, с. 597–611 (год публикации - 2023)
10.31857/S2076673423040130

4. ПОСТОЕВ Г.П., ГАГАРИН Л.А., КАЗЕЕВ А.И., КУЧУКОВ М.М., ПАВЛОВА Н.А. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ОБРАЗОВАНИЯ ПРОВАЛОВ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ НА УЧАСТКЕ РАЗВИТИЯ МЕЖМЕРЗЛОТНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД С ПОЗИЦИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ДИССИПАТИВНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ., № 3, с. 37–46 (год публикации - 2023)
10.31857/S0869780923030098

5. Паламарчук В.А., Лебедева Л.С., Павлова Н.А., Хайруллин Р.Р., Баишев Н.Е. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПЕСЧАНОГО МАССИВА МАХАТТА, ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ Криосфера Земли, т. XXVII, № 4, с. 24–36 (год публикации - 2023)
10.15372/KZ20230403

6. Гагарин Л. А., Оленченко В. В., Павлова Н. А. О ПРИЧИНАХ ЗАТУХАНИЯ ТЕРМОСУФФОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА БЕСТЯХСКОЙ ТЕРРАСЕ Р. ЛЕНЫ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2023, № 4, с. 42–56 (год публикации - 2023)
10.31857/S0869780923040045

7. Павлова Н.А., Огонеров В.В., Данзанова М.В., Лебедева Л.С. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОЙМЫ Р. ЛЕНЫ У Г. ЯКУТСКА Криосфера Земли, 2023, 27(1), с. 35-44 (год публикации - 2023)
10.15372/KZ20230104

8. Пряхина, Г. В., Распутина, В. А., Сумачев, А. Э., Лебедева, Л. С. Оценка изменения характеристик стока малых и средних рек Центральной Якутии под влиянием климатических изменений Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле, 2023, 68 (4), 717-732 (год публикации - 2023)
10.21638/spbu07.2023.406

9. Попов С.В.,Кашкевич М.П., Романова Н.Е., Малышева А.М., Лебедева Л.С. Результаты геофизических работ по изучению субаэральных надмерзлотных таликов района реки Шестаковка, Центральная Якутия Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России 2024: материалы XIV Международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Российской академии наук и 100-летию золотодобывающей промышленности Республики Саха (Якутия), г. Якутск, 26-29 марта 2024 г. [Электронный ресурс] / [отв. ред. В.Ю. Фридовский], редкол. Я.Б. Легостаева и [др.]; Сиб. отд-ние РАН [и др.] – Новосибирск: СО РАН, 2024. – 1 опт. компакт-диск (CD-ROM)., 599-604 (год публикации - 2024)

10. Лебедева Л.С., Шамов B.В., Христофоров И.И., Павлова Н.А., Данилов К.П. Распространение надмерзлотных субаэральных водоносных таликов на водосборах малых притоков р. Лены и их роль в процессах формирования стока по данным натурных наблюдений Криосфера Земли (год публикации - 2025)

11. Попов С. В., Кашкевич М. П., Романова Н. Е., Малышева А. М., Лебедева Л. С. Выявление субаэральных таликов геофизическими методами на примере ключевого участка в средней части бассейна р. Лена, Центральная Якутия ЗАПИСКИ ГОРНОГО ИНСТИТУТА (год публикации - 2025)

12. Попов С.В., Шерстенникова С.Р., Боронина А.С., Немчинова А.В.,Лебедева Л.С. Опыт исследования и математического моделирования субаэральных и субаквальных таликов Центральной Якутии Российские полярные исследования (год публикации - 2024)

13. Попов С.В., Боронина А.С., Немчинова А.В., Лебедева Л.С., Бирюков А.С. Formation of subaerial taliks in Larsemann hills, princess Elizabeth land, East Antarctica Polar Science, Polar Science, Volume 40, 2024, 101070 (год публикации - 2024)
10.1016/j.polar.2024.101070

14. Христофоров И.И., Данилов К.П., Лебедева Л.С., Горохов И.В. ГЕОРАДАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СУБАЭРАЛЬНЫХ ТАЛИКОВ В СПЛОШНОЙ КРИОЛИТОЗОНЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ Вестник Северо-Восточного федерального университета имени М. К. Аммосова (год публикации - 2025)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 г. получены новые геолого-геофизические разрезы на ключевых участках в районах распространения надмерзлотных и межмерзлотных водоносных таликов с применением метода радиомагнитотеллурических зондирований (РМТЗ), позволившие выделить межмерзлотные талые зоны и проходящие через них фильтрационные потоки подземных вод. Данные объекты оконтуриваются в разрезе интерпретацией РМТЗ на глубину до 400 м, т.е. практически на всю глубину их возможного залегания в дисперсных отложениях криолитозоны. Уточнена методика проведения геофизических работ для повышения эффективности применения методов РМТЗ, электротомографии и георадиолокации при исследовании надмерзлотных и межмерзлотных таликов в Центральной Якутии. Обобщены результаты гидрогеологических исследований, полученных в рамках выполнения проекта, на ключевых участках «Ерюю», «Улахан-Тенгюттэ» и «Манчыя». Установлено, что межгодовые изменения гидродинамического режима межмерзлотных вод обусловлены изменениями запасов воды в озерах и надмерзлотных таликах, а наледеобразующие процессы в зоне разгрузки водоносного горизонта оказывают существенное влияние на внутригодовой уровенный режим межмерзлотных вод в области транзита. Выявлено, что в южной части бестяхской террасы на водосборных площадях сточных озер и круглогодично действующих родников коэффициент таликовости, с учетом суммарной площади субаквальных таликов, субаэральных надмерзлотных и межмерзлотных таликов, достигает 35%. Подземные воды межмерзлотных таликов могут использоваться для питьевого водоснабжения населения после небольших водоподготовительных мероприятий (обезжелезивания). В 2024 году получены новые оригинальные данные гидролого-гидрохимических наблюдений высокого временного разрешения в периоды повышенной водности на малых реках Шестаковке и Мархинке. Сравнение результатов интенсивных наблюдений на двух малых речных водосборах Центральной Якутии в истекшем году подтверждают существенную роль субаэральных надмерзлотных таликов, обеспечивающих высокую долю питания малых рек, а в засушливый летний период практически целиком определяющих меженный сток. Так, в маловодном 2024 году доля вод сезонно-талого слоя (включая воды таликов) в годовом стоке р. Шестаковки составила около 98%. Режим малых рек, в бассейнах которых талики не были обнаружены, очевидно, определяется исключительно атмосферным увлажнением и температурным фоном текущего года. При этом сток на таких реках в 2024 году наблюдался только в период весеннего половодья - с конца апреля по начало июня - и составил примерно 2% от удельного объёма годового стока рек с таликами на водосборе. Региональный анализ характеристик речного стока показал, что на северо-востоке Центральной Якутии наблюдаются меньшая продолжительность речного стока, прекращение стока в летний период, более позднее наступление дат начала стока, максимального расхода, а также более выраженная межгодовая изменчивость продолжительности стока, дат его начала, конца, наибольшего суточного расхода, чем на юго-западе региона. Среднемноголетние значения продолжительности стока и даты его окончания имеют более сильную связь с величиной площади водосбора и в меньшей степени зависят от годового слоя стока рек. Для большей части рек характерно увеличение годового слоя стока с ростом среднегодовой температуры воздуха и годового количества осадков. Для рек, на водосборах которых в большей степени распространены межаласный и аласный типы местности, характерна меньшая продолжительность стока. Обратная ситуация наблюдается в случае приводораздельного-элювиального и склонового делювиально-солифлюкционного типов местности. В целом чем выше их доля от площади водосбора, тем более продолжительный период стока наблюдается на реке. Проведены комплексные исследования с целью изучения взаимодействия солнечной радиации с земной поверхностью. Созданная на втором этапе работ «База теплофизических и механических свойств грунтов, горных пород, напочвенного слоя, снега, фирна и льда» была значительно пополнена эмпирическими соотношениями и внедрена в интерфейс программы моделирования. Свидетельство о регистрации базы данных в Росреестре РФ приложено к отчёту. В ходе третьего этапа в компьютерной программе был обновлён блок, учитывающий влияние снежного покрова. Подготовлена компьютерная программа и проверена корректность её работы. В результате моделирования выяснено, что ведущую роль в формировании таликов Центральной Якутии и их дальнейшего развития играет наличие снежного покрова. Кроме того, проведены эксперименты по влиянию пожара на процессы в многолетнемерзлых породах и выяснено, что непосредственно тепловое воздействие пламени сколько-нибудь значимо не влияет на растепление пород. Однако в долгосрочной перспективе это влияние опосредовано оказывается из-за изменения напочвенного слоя, его теплофизических характеристик и альбедо. На момент подготовки настоящего отчёта рабочая гипотеза заключается в том, что субаэральные талики формируются благодаря наличию напочвенного слоя (в частности, разнотравья) и снега. Субаквальные талики также существуют благодаря наличию незамерзающих озёр и движению воды в уже сформировавшихся таликах.

Публикации