Delist.ru

Моделирование и прогноз динамики льдистых берегов восточных арктических морей России (20.02.2007)

Автор: Разумов Сергей Олегович

Разумов Сергей Олегович

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗ ДИНАМИКИ ЛЬДИСТЫХ БЕРЕГОВ ВОСТОЧНЫХ АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ РОССИИ

Специальность 25.00.08 – инженерная геология, мерзлотоведение

и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Якутск 2007

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН

Официальные оппоненты доктор географических наук

Александр Владимирович Павлов

доктор географических наук, профессор

Светлана Кирилловна Аржакова

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Георгий Захарович Перльштейн

Ведущая организация Институт криосферы Земли СО РАН

Защита состоится 16 мая 2007 г. в 9.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 003.025.01 при Институте мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН по адресу: 677010, Якутск, ул. Мерзлотная, 36, Институт мерзлотоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН.

Оригиналы отзывов на автореферат, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета Марку Михайловичу Шацу.

Автореферат разослан 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к.г.н. М.М. Шац

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Предлагаемая тема относится к приоритетному направлению фундаментальных научных исследований и отражает некоторые аспекты международной проблемы роли Арктики в формировании планетарных процессов. Многие международные научные организации, объединенные межправительственной программой по окружающей среде (UNEP), отмечают необходимость изучения влияния климатических изменений на природные процессы в Арктике.

В восточном секторе российской Арктики широко распространены деструктивные береговые криогенные процессы. Термоабразия берегов здесь - масштабное явление, поскольку около одной трети общей протяженности береговой линии изучаемого региона побережья (4080 км) представлено береговыми уступами, сложенными весьма неустойчивыми к воздействию моря породами ледового и озерно-термокарстового комплексов (Григорьев и др., 2006). На побережье Северного Ледовитого океана упомянутые отложения встречаются главным образом в пределах восточных арктических морей. Такие берега отличаются высокими скоростями разрушения и продуцируют большое количество поступающих в моря наносов: по разным оценкам - до 130-153 млн. тонн обломочного материала ежегодно, в том числе более 4 млн. тонн органического углерода (Григорьев и др., 2006). В рассматриваемом регионе береговая составляющая привносимых в море терригенных осадков в несколько раз превышает твердый речной сток, что, по существу, меняет подходы к изучению формирования баланса наносов на арктическом шельфе.

Вместе с тем реакция льдистых берегов арктического побережья на изменения мерзлотно-климатических условий количественно не изучена. Различными методами исследовано менее 5% общей протяженности береговой линии морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского. В условиях интенсивного освоения и изменчивости климата Арктики изучение динамики льдистых берегов и прогнозирование скорости их разрушения приобретают особое значение. Пока мы не научимся количественно предсказывать реакцию криогенных систем этого региона на изменения климатических условий, последствия данных процессов для природного комплекса и хозяйственных объектов будут всегда неожиданны.

Разработка многофакторных моделей открывает перспективы для достаточно обоснованного прогнозирования темпов деградации морских берегов криолитозоны. В условиях относительной недоступности и высокой стоимости экспедиционных работ в Арктике, это, по-видимому, наиболее эффективный и малозатратный способ оценки и контроля активности береговых криогенных процессов и их последствий.

Теоретические проблемы, рассматриваемые в работе, касаются многофакторного математического моделирования и прогнозирования деструктивных береговых криогенных процессов в восточных арктических морях. В мировой теории и практике моделирования и прогнозирования рассматриваемых процессов пока не существует отработанных методик, способных формализовать нетривиальные связи между климатическими, мерзлотно-геологическими, морфологическими и динамическими характеристиками системы «атмосфера - море - береговая криолитозона». В представленной работе делается попытка решить эту ключевую проблему аналитической динамики льдистых берегов. Для этого необходимо было разработать методологию исследований, которая позволяла бы аналитически сформулировать связи между основными природными факторами и активностью деструктивных береговых криогенных процессов, выявить закономерности их пространственно-временной изменчивости в связи с вариациями мерзлотно-климатических условий. Решение этих задач составляет теоретическую основу для разработки прогноза развития термоабразии морских берегов в XXI в.

Объект исследований – побережье морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского с береговыми уступами, сложенными льдистыми дисперсными отложениями и активно разрушающимися в современных природных условиях.

Предмет исследований – развитие современных деструктивных береговых криогенных процессов на побережье восточных арктических морей России в изменяющихся мерзлотно-геологических, геоморфологических и климатических условиях. Рассматриваются в основном термоабразия и термоденудация. В качестве мерзлотно-геологических факторов развития указанных процессов в представленной работе приняты льдистость, температура и механический состав мерзлых пород, форма и размеры массивных подземных льдов и полигонов. Геоморфологические факторы - высота и экспозиция береговых уступов, рельеф подводного берегового склона и глубина моря в его пределах; климатические - повторяемость штормов морских румбов с ветровыми нагонами и средняя температура воздуха безледного периода, включающего июль, август и сентябрь. Методы исследований: натурные и дистанционные исследования развития деструктивных береговых криогенных процессов, а также климатических, мерзлотно-геологических, геоморфологических, гидродинамических характеристик природных условий; комплексный анализ сопряженных в пространстве и времени собственных и опубликованных данных по перечисленным характеристикам; формализация закономерных связей между темпом разрушения льдистых берегов и природными факторами с помощью математических средств. Методологический подход: принципы математического моделирования и прогнозирования динамики льдистых морских берегов основываются на предлагаемой концепции разделения климатической (множество активных факторов) и субстратной (множество пассивных факторов) составляющих процесса термоабразии. Первая составляющая отвечает за потенциальную способность моря разрушать берега, вторая – за потенциальную способность клифов сопротивляться воздействию моря. Активные и пассивные факторы объединяются функциональными зависимостями внутри своих факторных множеств. В результате получены два интегральных параметра, которые функционально связаны с темпом разрушения берегов.

Цель и задачи исследований. Цель работы – выявление закономерностей развития деструктивных криогенных процессов на арктическом побережье и количественная оценка реакции береговых криогенных систем на комплексное воздействие климатических, геокриологических, геоморфологических и гидродинамических факторов, разработка прогностической модели динамики льдистых морских берегов в связи с предполагаемыми изменениями климата в XXI в.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) оценить возможности применения существующих методов прогнозирования динамики берегов морей и больших водохранилищ к льдистым берегам арктических морей;

2) проанализировать мерзлотно-геологические, геоморфологические, гидродинамические и климатические факторы динамики берегов и их роль в развитии деструктивных криогенных процессов на изучаемых участках арктического побережья;

3) формализовать активное воздействие моря на льдистые береговые уступы и их способность сопротивляться этому воздействию в различных климатических, мерзлотно-геологических и морфологических условиях;

4) изучить взаимодействие деструктивных береговых криогенных и субаквальных абразионно-аккумулятивных процессов в условиях климатических колебаний. Оценить роль криогенных факторов в динамике морских берегов;

5) обосновать функциональную структуру прогностической модели динамики криогенных берегов в нестационарных климатических условиях таким образом, чтобы она описывала реакцию льдистых берегов на сопряженные во времени вариации термической и циркуляционной составляющих климата, а также учитывала пространственные изменения геокриологических и морфологических характеристик;

6) выполнить прогноз темпов разрушения наиболее активных участков льдистых берегов восточных арктических морей на первую половину XXI в. по двум сценариям предполагаемых изменений климата.

Научная новизна работы.

загрузка...