Сибирские гляциологи изучают, как возникают ледники и как они эволюционируют. А еще — какие экологические проблемы может повлечь за собой таяние ледников.
Климатические изменения с каждым годом проявляют себя все ярче. Согласно данным Службы по контролю за изменением климата ЕС «Коперник», лето 2023 года было самым жарким за все время наблюдений. Средняя температура на нашей планете составила 16,77°C — это на 0,66°C жарче нормы. На эти изменения реагирует и природа: степи «зеленеют», многолетняя мерзлота тает. То же происходит и с ледниками — в частности, с алтайскими. Их изучением занимаются гляциологи Томского (ТГУ) и Алтайского (АлтГУ) госуниверситетов, входящие в исследовательскую сеть SecNet.
Ледник тающий
Летом в ходе экспедиции на ледник Актру группа ученых ТГУ обнаружила необычное явление — поверхность ледника Водопадный покраснела. Этот эффект вызывают водоросли хламидомонада снежная во время цветения. Помимо особого контраста «кровавые» пятна на снегу снижают отражающую способность ледника — его альбедо. По оценкам ученых, отражающая способность снизилась на 13–17%, почти одна шестая. Это не самый серьезный, но заметный фактор, который может ускорить таяние ледника, тем более что за последние десять лет гляциологи не видели более интенсивного цветения этих водорослей.
«Хламидомонада снежная — криофильный, то есть хладолюбивый вид водорослей. Они любят расти на снегу в диапазоне температур от 0 до +4°C. При более высоких температурах хламидомонада отмирает, а при низких — спит. Ее отмечали и на Памире, и на Новой Земле, и в испанских горах Сьерра-Невада. Причиной такого массового цветения стала очень снежная зима в высокогорьях Алтая — мы оцениваем ее как самую снежную за 30 лет. Большая масса осадков выпала в конце апреля — начале мая, и снег пролежал до июля, что и образовало благоприятную среду для цветения водорослей. Эффект может сгладиться при подсчете годового баланса массы ледника, но тем не менее покраснение — достаточно сильный фактор таяния»,— объясняет заведующий лабораторией гляциоклиматологии геолого-географического факультета ТГУ Александр Ерофеев.
Язык в долине
Горные ледники Алтая образовались благодаря особенностям рельефа, расположению в умеренных широтах, куда с Атлантики дуют ветры и переносят осадки, а также мощному азиатскому антициклону с морозной погодой. Атмосферные осадки за год полностью не вытаивают, и, таким образом, сезон от сезона масса выпавшего снега увеличивается. Он уплотняется в течение многих лет, превращаясь в фирн — промежуточную зернистую структуру. На последней стадии появляется сам лед, который на протяжении нескольких таких циклов превращается в большой и тяжелый ледник.
Под собственной массой и силой тяжести он начинает медленно сползать в долину, приобретая форму потока. На вершине ледника продолжают накапливаться снег и лед, а нижняя часть спускается и вытягивается по долине — ее называют языком. Изменение положения этого языка наглядно показывает, насколько активно ледник тает. Например, Левый Актру — эталонный ледник, по состоянию которого Всемирная служба мониторинга ледников оценивает ситуацию в Северной Азии: более чем за 60 лет наблюдений он отступил на 600 м, потеряв при этом 26% своего объема. И 40% от потерянного, то есть почти половина, стаяло только за ХХI век.
«При таянии уменьшается высота ледника, он уменьшается в объеме и "худеет". И этот показатель важнее, чем изменение его площади, потому что ледник содержит воду, которую он постепенно отдает в горные реки, формируя речной сток. И ледник будет отдавать эту воду, пока не иссякнет. Пока его объем значительный и таяние протекает интенсивно, уровень воды в реках Горного Алтая будет расти. Однако из-за значительных потерь массы ледников в последние 40–50 лет пик водности уже прошел. Если такая тенденция продолжится, то к 2100 году или позже таять будет уже нечему и реки начнут пересыхать. И это станет большой экологической проблемой, серьезным стрессом для экосистемы региона и ближайших поселков»,— рассуждает Александр Ерофеев.
Постледниковый период
Этим летом в журнале Nature вышла статья с прогнозом о появлении новых экосистем, вызванных отступанием горных ледников. По оценкам гляциологов, к 2100 году на месте бывшего горного оледенения могут возникнуть постледниковые территории площадью от 150 до 340 тыс. квадратных километров, что равняется современным Непалу или Финляндии. И это без учета территорий, занятых ледяными щитами,— Антарктиды и Гренландии. Более чем двойная разница в прогнозах связана с пятью климатическими сценариями, где при лучшем раскладе сокращение выбросов к 2050 году станет полным, а в наихудшем случае к 2075-му человечество утроит эмиссию парниковых газов.
Экосистемы, которые возникнут на месте ледников, возможно, поспособствуют накоплению атмосферного углерода и смягчат последствия климатических изменений. К тому же оттаявшая вода может превратиться в новые озера, болота и пруды, где поселятся организмы, ранее не жившие на этих территориях. В другой августовской статье Nature авторы указывают на приоритетность защиты ледниковых и постледниковых экосистем. Под этим они подразумевают защиту целостности этих областей, сохранение биоразнообразия и предотвращение расселения чужеродных видов организмов.
«Здесь возникает несколько проблем: во-первых, экосистемы новых территорий очень уязвимы, поскольку их заселяет первичная растительность. Во-вторых, для них требуется особый природоохранный режим. Можно сказать, что это один из наиболее интенсивных и динамичных ландшафтообразующих процессов в современном мире. И на Алтае мы тоже фиксируем большие обновленные площади. Мы их еще не оценивали, но только в бассейне реки Актру из-под ледников высвободились десятки гектаров»,— рассказывает Ерофеев.
Крупные ледники вместе с прилегающими к ним территориями образуют довольно устойчивую систему. Благодаря этому они реагируют на климатические изменения с задержкой. Некоторым ледникам необходимо несколько лет, чтобы сокращение стало заметным. По науке это зовется временем отклика (от англ. response time). Это зависит от объема ледника и энергии оледенения в данном регионе. Но запас прочности у них не бесконечный, и деградация ледовых масс приводит к нарушению природного баланса на приледниковых территориях. Ранее устойчивый грунт из-за ледниковых изменений приходит в движение: учащаются камнепады, сели, обвалы и оползни. Сами ледники становятся «хрупкими» — Малый Актру, например, с 2014 года закрыт для туристов и альпинистов в летнее время.
«Ледники начинают терять свою устойчивость. Если последние 150 лет их считали некими неизменяемыми столпами, то в последние лет 20 возникают процессы, говорящие о том, что их "монолитность" меняется. Можно сказать, что ледники выполняют роль холодильника в том смысле, что они помимо консервации пресной воды нивелируют пиковые природные неоднородности, обеспечивают мягкость и сбалансированность ландшафта. У Алтая уникальное положение — практически центр самого большого континента. И процесс изменения ледников здесь довольно заметный. За последние 170 лет, то есть с конца Малого ледникового периода, по оценкам разных специалистов, площадь алтайских ледников сократилась на 40–50%. Важно, что это не объем, но тем не менее примерно половина площади этих ледников исчезла. Но на наш век, как говорится, их хватит»,— говорит доцент кафедры физической географии и геоинформационных систем Института географии АлтГУ Олег Останин.
Ледник под панцирем
Даже если представить, что в скором времени все ледники растают, запас пресной воды в горах все равно не пропадет. Помимо «классических» ледников, которые покрывают горные долины, стекая по их склонам вниз, существуют и так называемые каменные ледники, или глетчеры. Это еще малоизученный тип образований, которые появляются рядом с горными склонами. Фактически это лед, покрытый камнями, будто панцирем, и защищенный от солнечной радиации, который тает не так активно. В будущем каменные ледники могут стать альтернативным источником пресной воды — такой сценарий британские ученые рассматривали для Тибета в 2021 году. В этом регионе проживают около 800 млн человек, которые напрямую зависят от горных рек, дающих им воду. С помощью сервиса Google Earth гляциологи насчитали в Тибете 25 тыс. каменных ледников, которые по запасам пресной воды соотносятся с классическими как 1 к 25. Ценность таких ледовых хранилищ состоит также в их долговечности.
«Каменные ледники могут сохраняться столетиями: существуют глетчеры, которым 500–700 лет. Во время таяния языки некоторых ледников покрываются каменным обломочным материалом — моренными отложениями, которые бронируют лед и защищают от вытаивания. Верхние, незаморененные участки ледника в это время продолжают таять, а нижние, забронированные части отделяются от них и начинают существовать самостоятельно, медленно, по несколько сантиметров в год, стекая вниз по долине. Есть еще каменные ледники, которые формируются на склонах гор из осыпного материала и проникающих в него атмосферных осадков, в местах распространения многолетней мерзлоты. Осадки проникают в межкаменные пространства и намерзают там, создавая ледяное ядро. Камни защищают лед от солнца и не дают ему растаять, а новые порции влаги подпитывают его. Сейчас мы изучаем их динамику, морфологию, внутреннюю структуру. На территории российского Алтая мы уже насчитали 5,5 тыс. каменных ледников»,— рассказывает Олег Останин.
Согласно каталогу ледников России, составленному Институтом географии РАН в 2017 году, на Алтае находится около тысячи ледников. Их количество меняется — большие ледники тают и дробятся, но эту характеристику нельзя считать показательной, потому что она не отражает площадь и объем ледниковых покровов. Каменных ледников пусть и больше в пять раз, но это маленькие объекты, площадь которых редко превышает один-два квадратных километра. И несмотря на свою стабильность, они также подтаивают и питают реки, озера и болота.
Лед со спутника
Дегляциацию, то есть таяние ледников, называют одним из ярких индикаторов глобальных климатических изменений. Но мониторинг этих процессов довольно сложен. Ледники реагируют на аккумуляцию снега (питание) с запозданием. И чем крупнее ледник, тем больше длится его реакция на изменение этого питания. Необходимо, чтобы прошло какое-то время на то, чтобы те объемы снега, которые выпали в зоне аккумуляции, «дошли» до языка.
«Если скорость таяния ледника сопоставима с количеством пришедшего объема льда к языку, то фронт ледника стационирует — сколько пришло, столько и стаяло. Если меняются объем добегающих осадков или условия, вызывающие его таяние,— температура воздуха, количество солнечной радиации и прочее, то ледник либо наступает, либо отступает. Сейчас в основном наблюдается отступание ледниковых фронтов, то есть условия, вызывающие таяние льда, доминируют. При этом эти условия год от года меняются. Так, например, в 2008 году мы зафиксировали отступание Софийского ледника на 80 м за один год. Это довольно большая величина, потому что в последующие годы речь шла о 15–30 м»,— говорит Олег Останин.
«С конца апреля до середины мая у нас ответственный этап измерений — снегомерные работы. Мы приходим на ледник и с помощью щупов по всей длине ледника проверяем количество выпавшего за зиму снега. Затем забуриваем в лед специальные рейки с сантиметровыми отметинами, чтобы зафиксировать таяние. Раз в две недели человек приходит и записывает, насколько рейка обнажилась. В разных частях ледника интенсивность таяния разная, поэтому мы получаем интегральную характеристику и считаем индекс баланса массы всего ледника. Эти работы мы проводим до середины сентября, когда нужно закрывать балансовый год. С наступлением холодов наблюдения заканчиваются, так как дальше ледник будет только накапливать массу»,— рассказывает Александр Ерофеев.
Еще один важный параметр в изучении ледника — его влагозапас. Гляциологи берут пробы снега в зоне аккумуляции — верхней части ледника, где скапливаются атмосферные осадки, чтобы проверить его плотность. Затем ученые считают влагозапас, то есть количество снега, которое гарантированно растает и войдет в горные реки. Это позволяет прогнозировать аномальные уровни воды в этих реках и наводнения. Это одна из главных причин, по которой гляциологи продолжают исследовать ледники,— ресурс пресной воды.
Удивительно, но по пути к научной станции Актру (раньше их было три, в бассейне рек Мульта и Аккем) на высоте около 3 тыс. м есть несколько хижин, где ученые могут расквартироваться на время наблюдений. Они находятся в непосредственной близости от ледника Водопадный и в районе Голубого озера, что сильно упрощает работу. Такие вылазки длятся от семи до десяти дней. Традиционные пешие измерения — крайне трудозатратный способ подсчета площади и объема ледников. Также существуют и математические модели, которые помогают создавать цельную картину, но новым инструментом, значительно облегчающим работу гляциологов, стали беспилотники.
«Последние шесть-семь лет мы используем дроны в изучении обычных и каменных ледников. По полученным данным мы строим ортофотопланы поверхностей и цифровые модели рельефа. Если раньше с помощью геодезических приборов получали десятки точек положения фронта ледника и характерных точек на его поверхности, то сейчас благодаря стереосъемке с дрона мы получаем от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов точек. Выходит цифровой отпечаток состояния фронта ледника и прилегающей территории. С помощью спутниковой системы GNSS мы корректируем эту съемку с геодезической точки зрения, чтобы получить точную картину снимаемой территории. К тому же дрон дает возможность получать перспективные и панорамные изображения ледников с необычных ракурсов»,— заключает Олег Останин.
Совершенствование инструментов и методов изучения ледников, по мнению ЮНЕСКО, поможет их сохранить. По данным организации, к середине этого столетия треть ледников на объектах всемирного наследия гарантированно исчезнут. Вне зависимости от того, сократит человечество выброс парниковых газов или нет. Авторы доклада утверждают, что для спасения оставшейся гляциосферы необходимо радикально сократить эмиссию углерода, тем самым не дав атмосфере разогреться на 1,5°C. В декабре 2022 года Генассамблея ООН приняла предложенную Таджикистаном резолюцию «2025 год — Международный год защиты ледников». На ее основе, помимо проведения в Душанбе международной конференции, будет создан трастовый фонд при ООН для содействия защите ледников.
По информации https://earth-chronicles.ru/news/2024-01-30-176879
Обозрение "Terra & Comp".
