Экспериментальные исследования теплового режима криогенных ландшафтов в современных условиях глобального изменения климата и усиления антропогенного воздействия дают достоверную картину сложных изменений и трансформаций деятельного слоя, необходимую для разработки рациональных подходов их использования в хозяйственной деятельности.
Климатические условия Северного Верхоянья, отличающиеся суровостью и резкой континентальностью, которая четко проявляется в контрастных изменениях радиационного и метеорологического режимов по сезонам года. Годовые величины суммарной температуры воздуха выше 10 °С составляет только 800–1200 °С, средняя годовая температура воздуха –14–16 °С; годовая сумма осадков 150–250 мм. Средняя годовая температура почвы на глубине 20 см – 8,3 °С, максимальная + 18 °С, минимальная –31 °С.
Не только чрезвычайная суровость холодного периода и непродолжительность теплого сезона создают исключительную обстановку для формирования специфического гидротермического режима мерзлотных почв, но еще большее значение имеет сложное сочетание атмосферного климата с близко залегающими к деятельной поверхности многолетнемерзлыми породами.
Регион Северного Верхоянья является районом рискованного земледелия. Несмотря на такое обстоятельство, здесь в 1980–1990-е годы прошлого столетия были приложены большие усилия для создания возделываемых пашен для обеспечения свежими овощами местных промышленных предприятий и населенных пунктов.
Материал и методы исследования
Институт мерзлотоведения СО РАН в 1989–1992 гг. организовал мониторинговые наблюдения особенностей микроклимата и тепловых условий, а также экологического состояния ландшафтов в естественной и антропогенной среде в центральной части долины р. Яны.
Для оценки современных изменений климата мы проанализировали показатели средней месячной температуры воздуха и атмосферных осадков по метеостанции Верхоянск с 1891 по 2010 гг. Чтобы иметь представление об экстремальных колебаниях климата нужно выделить климатическую норму, присущую для данной территории. По общепринятой методике климатическая норма выводится в среднем за 30 лет. Так, мы разбили рассматриваемый отрезок на 4 тридцатилетия: 1891–1920, 1921–1950, 1951–1980 и 1981–2010 гг.
Результаты исследования и их обсуждение
Для современного режима деятельного слоя представляет интерес период последнего тридцатилетия 1981–2010 гг. Не вызывает сомнения, что именно в этот период наблюдается процесс глобального потепления климата на Земле. Для метеостанции Верхоянск данный период также примечателен беспрецедентным повышением температуры зимнего сезона. В этот период количество твердых атмосферных осадков понизилось, что можно рассматривать как выравнивающий фактор для возможного потепления мерзлотного режима. Атмосферные осадки мая-месяца значительно увеличились (на 4 мм), июня в пределах климатической нормы, июля понизились. Отдельно нужно оценить показатели осадков августа, которые за последний период повысились на 6 мм. Эти осадки вкупе с осадками сентября, которые тоже повысились на 2–3 мм, оказывают скорее охлаждающее действие, чем отепляющее. Таким образом, можно констатировать, что изменение климата в Северном Верхоянье за последнее тридцатилетие не оказало существенных нарушений мерзлотного режима ландшафтов, вследствие выравнивающего воздействия уменьшения твердых атмосферных осадков и связанного с этим уменьшения высоты снежного покрова, а также повышения количества жидких атмосферных осадков, оказывающих охлаждающий эффект.
В отличие от природных процессов антропогенное преобразование ландшафтов сопровождается значительным нарушением поверхностных условий, изменением структуры радиационно-теплового баланса, температурного и водного режимов деятельного слоя, изменением показателей криогенных процессов и явлений.
Составляющие теплового баланса поверхности и их структура являются энергетической основой формирования мерзлотно-гидротермического режима деятельного слоя мерзлотных ландшафтов.
Ранее нами предпринимались попытки систематизации термического и водного режима различных мерзлотных ландшафтов на примере Спасской Пади в Центральной Якутии [1].
По сочетанию нескольких основных характеристик –
а) величине сезонного протаивания;
б) по температуре (°С) на глубине 20 см (в июне-июле), по глубине проникновения активных температур;
в) выше 5 °С;
г) выше 10 °С – выделены 5 подтипов термического режима (таблица).
Критерии определения подтипов гидротермического режима деятельного слоя
I. По сочетанию нескольких основных характеристик
|
Подтип термического режима |
Величина сезонного протаивания, м |
Температура (°С) на глубине 20 см (в июне-июле) |
Глубина проникновения активных температур, м |
|
|
> 5оС |
> 10оС |
|||
|
Умеренный |
> 2,0 |
10–20 |
до 0,65–1,2 |
до 0,25–0,7 |
|
Умеренно-холодный |
1,6–2,0 |
6–16 |
0,55–1,1 |
0,2–0,6 |
|
Холодный |
1,0–1,5 |
4–12 |
0,3–0,9 |
0,1–0,5 |
|
Сильно-холодный |
0,5–1,0 |
3–10 |
0,1–0,5 |
0,05–0,3 |
|
Чрезмерно-холодный |
< 0,5 |
0–3 |
0,03–0,2 |
не проникает |
II. По величине (запасу) продуктивной влаги в слое 0–0,5 м
|
Подтип водного режима |
Влагозапас, мм |
|
Избыточно влажный |
> 125 |
|
Влажный |
75–125 |
|
Умеренно влажный |
50–75 |
|
Недостаточно влажный |
30–50 |
Используя вышеизложенные критерии, мы провели типизацию гидротермического режима для ландшафтов Северного Верхоянья.
Гидротермический режим почвогрунтов естественных ландшафтов:
– северной тайги Северного Верхоянья относится к чрезмерно холодному переувлажненному типу (величина сезонного протаивания < 0,5 м; температура на глубине 0,2 м менее 3 °С; глубина проникновения активной температуры меньше 0,1 м; величина продуктивной влаги в слое 0–0,5 м выше 100 мм),
– лугов в межгорных впадинах Северного Верхоянья – к сильно-холодному избыточно-влажному типу (величина сезонного протаивания 0,55 м; температура на глубине 0,2 м около 6 °С; глубина проникновения активной температуры преимущественно 0,1 м и менее; величина продуктивной влаги в слое 0–0,5 м > 125 мм).
Гидротермический режим почвогрунтов антропогенных ландшафтов:
– орошаемой пашни, возделываемой в криоаридной степи относится к холодному умеренно-влажному типу (величина сезонного протаивания 1,1 м; температура на глубине 0,2 м стабильно выше 10 °С и в среднем составляет 16 °С; глубина проникновения активной температуры 0,4 м; величина продуктивной влаги в слое 0–0,5 м более 50 мм),
– пашни, освоенные путем расчистки северного редколесья – к холодному переувлажненному типу (величина сезонного протаивания 0,9–1,25 м; температура на глубине 0,2 м около 10 °С; глубина проникновения активной температуры 0,2 м; величина продуктивной влаги в слое 0–0,5 м > 100 мм).
Выводы
1. При антропогенном воздействии гидротермический режим почвогрунтов северного редколесья смягчается (изменяется от чрезмерно холодного переувлажненного до холодного переувлажненного).
2. Гидротермический режим криоаридной степи – ухудшается (изменяется от умеренно-холодного недостаточно-влажного до холодного умеренно-влажного).
3. Эти преобразования могут вызвать локальные изменения структуры естественных фитоценозов (продуктивности и видового состава), обратимую и необратимую смены фитоценозов, а также региональную динамику растительности и состава флоры. Уникальные коренные естественные фитоценозы криоаридных степей имеют регрессивный тип ареала и с легкостью могут быть полностью захвачены сорно-полевыми (синантропными) или инвазивными (чужеродными) видами с сопредельных территорий.