ТЕПЛОБАЛАНСОВЫЕ АСПЕКТЫ ДИНАМИКИ СЕЗОННО-ТАЛОГО СЛОЯ СЕВЕРА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (ПО ДАННЫМ СЕТИ CALM)
|
АННОТАЦИЯ 4
Введение 3
1 Учение о криолитозоне 6
1.1 Основные понятия геокриологии 6
1.2 Криолитогенез и генетические типы многолетнемёрзлых пород 10
2 Физико-географическая характеристика района исследования 18
2.1 Географическое положение 18
2.2 Тектоническое и геологическое строение 21
2.3 Рельеф 25
2.3.1 Преобладающие криогенные процессы рельефообразования 25
2.4 Климат 30
2.5 Поверхностные воды 31
2.6 Почвы 32
2.7 Растительность 33
2.8 Формирование геокриологических условий 34
3 Теплобалансовые аспекты динамики сезонно-талого слоя севера Западной 42
Сибири (по данным сети CALM)
3.1 Методика исследования теплового состояния мёрзлых пород 42
3.2 Полигоны циркумполярного мониторинга Надым-1, Надым-2 45
3.3 Полигоны циркумполярного мониторинга Салехард, Горнокнязевск, 48
Октябрьский, Лабытнанги
3.4 Полигон циркумполярного мониторинга Марре-Сале 53
3.5 Полигон циркумполярного мониторинга Васькины дачи 56
3.6 Полигон циркумполярного мониторинга Новый Уренгой 58
3.7 Полигоны циркумполярного мониторинга Гыда-1, Гыда-2, Гыда-3 60
Заключение 63
Список используемых источников и литературы 64
Приложение А - Расположение площадок CALM 69
Приложение Б - Таблица результатов расчёта радиационного баланса 72
Введение 3
1 Учение о криолитозоне 6
1.1 Основные понятия геокриологии 6
1.2 Криолитогенез и генетические типы многолетнемёрзлых пород 10
2 Физико-географическая характеристика района исследования 18
2.1 Географическое положение 18
2.2 Тектоническое и геологическое строение 21
2.3 Рельеф 25
2.3.1 Преобладающие криогенные процессы рельефообразования 25
2.4 Климат 30
2.5 Поверхностные воды 31
2.6 Почвы 32
2.7 Растительность 33
2.8 Формирование геокриологических условий 34
3 Теплобалансовые аспекты динамики сезонно-талого слоя севера Западной 42
Сибири (по данным сети CALM)
3.1 Методика исследования теплового состояния мёрзлых пород 42
3.2 Полигоны циркумполярного мониторинга Надым-1, Надым-2 45
3.3 Полигоны циркумполярного мониторинга Салехард, Горнокнязевск, 48
Октябрьский, Лабытнанги
3.4 Полигон циркумполярного мониторинга Марре-Сале 53
3.5 Полигон циркумполярного мониторинга Васькины дачи 56
3.6 Полигон циркумполярного мониторинга Новый Уренгой 58
3.7 Полигоны циркумполярного мониторинга Гыда-1, Гыда-2, Гыда-3 60
Заключение 63
Список используемых источников и литературы 64
Приложение А - Расположение площадок CALM 69
Приложение Б - Таблица результатов расчёта радиационного баланса 72
Актуальность работы
Согласно программе фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на период до 2030 г. актуальным является получение новых знаний об закономерностях строения, функционирования и развития человеческого общества и природы, поскольку это необходимо для устойчивого развития страны. Одним их важных направлений исследований является предупреждение опасных явлений как природных, так и техногенных, их мониторинг, изучение эволюции природной среды [51].
Криогенные процессы имеют широкое распространение на территории России. Присутствие мерзлоты в грунтах значительно изменяет ход строительства сооружений и их дальнейшего функционирования, разработки месторождений полезных ископаемых. Поэтому для успешного функционирования и развития перспективных территорий важно углублять знания о мерзлоте и процессах, происходящих в её толще в условиях меняющегося климата. Лишь имея представления о функционировании и динамике мерзлоты в условиях климатических изменений, возможно проводить достоверные исследования об антропогенном влиянии на криолитозону [51, 34].
Цель и задачи исследования
Цель: провести анализ и выявить взаимосвязь между теплобанасовыми условиями и динамикой глубины деятельного слоя на полигонах сети CALM, расположенных на севере Западно-Сибирской равнины.
Для это решались следующие задачи:
1) ознакомится с методикой моделирования теплового состояния многолетнемёрзлых пород;
2) рассмотреть физико-географические условия севера Западно-Сибирской равнины;
3) измерить и провести расчёт глубин сезонного протаивания грунтов для площадок циркумполярного мониторинга деятельного слоя;
4) рассмотреть тренды изменения высоты снежного покрова и среднегодовых температур воздуха;
5) рассчитать радиационный баланс для полигонов циркумполярного мониторинга деятельного слоя;
6) дать характеристику условиям распространения тепла на изучаемой территории.
Объект и предмет исследования
Объект исследования - деятельный слой полигонов циркумполярного мониторинга севера Западной Сибири.
Предмет исследования - динамика сезонного протаивания грунтов на полигонах циркумполярного мониторинга севера Западной Сибири.
Методы исследования
Сравнительно-географический, аналитический, системный, палеогеографический, геоинформационный, геоморфологический.
Исследования проводятся в рамках Международной программы по наблюдению за параметрами многолетнемёрзлых пород GTN-P - Global terrestrial Network on Permafrost, которая была создана в 1994 г. Международной ассоциацией мерзлотоведов (IPA - International Permafrost Association) для изучения криолитозоны в условиях глобальных и региональных изменений климата. В сеть глобального мониторинга криолитозоны входит около 50 регистрируемых параметров природной среды. Первостепенными параметрами являются: термическое состояние мерзлоты (Thermal State of Permafrost - TSP), для наблюдения за температурой многолетнемёрзлых пород; циркумполярный мониторинг сезонно-талого слоя (Circumpolar Active Layer Monitoring - CALM). Для наблюдений организуются постоянно действующие площадки, в течении каждого сезона производятся замеры глубины деятельного слоя. Ознакомится с правилами организации площадок мониторинга и проведением работ можно на официальном сайте GNT-P [66, 67].
Для написания дипломной работы бакалавра сбор материалов проводился с соблюдением безопасных условий труда и учетом гигиенических факторов, обеспечивающих высокий уровень физической и умственной работоспособности в ходе:
• Производственной деятельности в государственном автономном учреждении Ямало-Ненецкого автономного округа «Научный центр изучения Арктики», 2023 г.
• Преддипломной практики на кафедре географии НИ ТГУ, 2024 г.
Для выпускной квалификационной работы бакалавра автором использовались следующие материалы: отечественные и зарубежные литературные источники, фондовые материалы ГАУ ЯНАО «Научный центр изучения Арктики», базы данных программ исследований Global terrestrial Network on Permafrost и Circumpolar Active Layer Monitoring Network, архивы Государственного фонда данных о состоянии природной среды, реанализы NASA Prediction Of Worldwide Energy Resources, данные полевых исследований.
Также автором работы была опубликована статья, в которой представлена зависимость динамики протаивания грунтов от морфоскульптур, библиогеографическое описание следующее:
Жарнова С.О. Динамика глубин деятельного слоя на площадках циркумполярного мониторинга Пуровского и Надымского районов // Азимут геонаук. Вып. 4 : материалы всероссийской междисциплинарной молодёжной научной конференции с международным участием [Азимут ГЕОнаук - 2023]. Томск: Томский ЦНТИ, 2024. (издание сборника - июнь 2024 г.).
В первой главе описаны теоретические аспекты геокриологии и методика исследования теплового состояния мёрзлых пород.
Во второй главе дана общегеографическая характеристика исследуемой территории и анализ отдельных компонентов: тектонического и геологического строения, климата, поверхностных вод, почв, растительности. Представлен краткий палеогеографический очерк о формировании геокриологических условий.
Третья глава посвящена практической работе автора, она отражает теплобалансовые аспекты динамики сезонно-талого слоя на площадках циркумполярного мониторинга (CALM) севера Западно-Сибирской равнины, содержит модели глубины протаивания грунтов для ключевых участков, расчёты радиационного баланса, исследования зависимости глубины сезонно-талого слоя от высоты снежного покрова и среднегодовых температур воздуха.
Данная выпускная квалификационная работа бакалавра состоит из аннотации, введения, основной части, представленной тремя главами, заключения, списка использованных источников.
Согласно программе фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на период до 2030 г. актуальным является получение новых знаний об закономерностях строения, функционирования и развития человеческого общества и природы, поскольку это необходимо для устойчивого развития страны. Одним их важных направлений исследований является предупреждение опасных явлений как природных, так и техногенных, их мониторинг, изучение эволюции природной среды [51].
Криогенные процессы имеют широкое распространение на территории России. Присутствие мерзлоты в грунтах значительно изменяет ход строительства сооружений и их дальнейшего функционирования, разработки месторождений полезных ископаемых. Поэтому для успешного функционирования и развития перспективных территорий важно углублять знания о мерзлоте и процессах, происходящих в её толще в условиях меняющегося климата. Лишь имея представления о функционировании и динамике мерзлоты в условиях климатических изменений, возможно проводить достоверные исследования об антропогенном влиянии на криолитозону [51, 34].
Цель и задачи исследования
Цель: провести анализ и выявить взаимосвязь между теплобанасовыми условиями и динамикой глубины деятельного слоя на полигонах сети CALM, расположенных на севере Западно-Сибирской равнины.
Для это решались следующие задачи:
1) ознакомится с методикой моделирования теплового состояния многолетнемёрзлых пород;
2) рассмотреть физико-географические условия севера Западно-Сибирской равнины;
3) измерить и провести расчёт глубин сезонного протаивания грунтов для площадок циркумполярного мониторинга деятельного слоя;
4) рассмотреть тренды изменения высоты снежного покрова и среднегодовых температур воздуха;
5) рассчитать радиационный баланс для полигонов циркумполярного мониторинга деятельного слоя;
6) дать характеристику условиям распространения тепла на изучаемой территории.
Объект и предмет исследования
Объект исследования - деятельный слой полигонов циркумполярного мониторинга севера Западной Сибири.
Предмет исследования - динамика сезонного протаивания грунтов на полигонах циркумполярного мониторинга севера Западной Сибири.
Методы исследования
Сравнительно-географический, аналитический, системный, палеогеографический, геоинформационный, геоморфологический.
Исследования проводятся в рамках Международной программы по наблюдению за параметрами многолетнемёрзлых пород GTN-P - Global terrestrial Network on Permafrost, которая была создана в 1994 г. Международной ассоциацией мерзлотоведов (IPA - International Permafrost Association) для изучения криолитозоны в условиях глобальных и региональных изменений климата. В сеть глобального мониторинга криолитозоны входит около 50 регистрируемых параметров природной среды. Первостепенными параметрами являются: термическое состояние мерзлоты (Thermal State of Permafrost - TSP), для наблюдения за температурой многолетнемёрзлых пород; циркумполярный мониторинг сезонно-талого слоя (Circumpolar Active Layer Monitoring - CALM). Для наблюдений организуются постоянно действующие площадки, в течении каждого сезона производятся замеры глубины деятельного слоя. Ознакомится с правилами организации площадок мониторинга и проведением работ можно на официальном сайте GNT-P [66, 67].
Для написания дипломной работы бакалавра сбор материалов проводился с соблюдением безопасных условий труда и учетом гигиенических факторов, обеспечивающих высокий уровень физической и умственной работоспособности в ходе:
• Производственной деятельности в государственном автономном учреждении Ямало-Ненецкого автономного округа «Научный центр изучения Арктики», 2023 г.
• Преддипломной практики на кафедре географии НИ ТГУ, 2024 г.
Для выпускной квалификационной работы бакалавра автором использовались следующие материалы: отечественные и зарубежные литературные источники, фондовые материалы ГАУ ЯНАО «Научный центр изучения Арктики», базы данных программ исследований Global terrestrial Network on Permafrost и Circumpolar Active Layer Monitoring Network, архивы Государственного фонда данных о состоянии природной среды, реанализы NASA Prediction Of Worldwide Energy Resources, данные полевых исследований.
Также автором работы была опубликована статья, в которой представлена зависимость динамики протаивания грунтов от морфоскульптур, библиогеографическое описание следующее:
Жарнова С.О. Динамика глубин деятельного слоя на площадках циркумполярного мониторинга Пуровского и Надымского районов // Азимут геонаук. Вып. 4 : материалы всероссийской междисциплинарной молодёжной научной конференции с международным участием [Азимут ГЕОнаук - 2023]. Томск: Томский ЦНТИ, 2024. (издание сборника - июнь 2024 г.).
В первой главе описаны теоретические аспекты геокриологии и методика исследования теплового состояния мёрзлых пород.
Во второй главе дана общегеографическая характеристика исследуемой территории и анализ отдельных компонентов: тектонического и геологического строения, климата, поверхностных вод, почв, растительности. Представлен краткий палеогеографический очерк о формировании геокриологических условий.
Третья глава посвящена практической работе автора, она отражает теплобалансовые аспекты динамики сезонно-талого слоя на площадках циркумполярного мониторинга (CALM) севера Западно-Сибирской равнины, содержит модели глубины протаивания грунтов для ключевых участков, расчёты радиационного баланса, исследования зависимости глубины сезонно-талого слоя от высоты снежного покрова и среднегодовых температур воздуха.
Данная выпускная квалификационная работа бакалавра состоит из аннотации, введения, основной части, представленной тремя главами, заключения, списка использованных источников.
Распространение мёрзлых пород носит глобальный и региональный характер и их развитие зависит от теплового состояния Земли. При этом распределение тепловой энергии обуславливается физико-географическими особенностями территории. Важной составляющей теплового баланса является радиационный баланс.
Для севера Западной Сибири характерно неравномерное поступление солнечной радиации в течении года, положительный радиационный баланс отмечается в мае, июне, июле и августе, в остальные месяцы - отрицательный. Годовая сумма поступающей на земную поверхность радиации увеличивается при движении с севера на юг. Автором были проведены расчёты радиационного баланса для ключевых участков на основе реанализов NASA Prediction Of Worldwide Energy Resources v2.3.0. Результаты расчётов и построение графиков линии тренда характеризуют благоприятные условия для дальнейшего протаивания мёрзлых толщ. При этом наиболее динамично растут показатели радиационного баланса в зоне северной тайги, наименее - в зоне тундры.
В работе рассмотрены тренды изменения высоты снежного покрова и среднегодовых температур воздуха для полигонов циркумполярного мониторинга - наблюдается тенденция к увеличению высоты снежного покрова и увеличению среднегодовых температур воздуха, что также благоприятно для протаивания многолетнемёрзлых пород.
Автором работы на основе баз данных Международной программы по наблюдению за параметрами многолетнемёрзлых пород (Global terrestrial Network on Permafrost) и программы циркумполярного мониторинга сезонно-талого слоя (Circumpolar Active Layer Monitoring) были проведены расчёты и представлены карты глубин деятельного слоя для ключевых участков.
Процесс протаивания пород наиболее динамичен для хасырейных комплексов и низинных болот с небольшой мощностью торфа, речных террас, сложенных песками и супесями. Плоские торфяники обладают большой мощностью и характеризуются слабой динамикой к протаиванию, при этом для их поверхности характерно образование мигрирующих бугров пучения.
Для севера Западной Сибири характерно неравномерное поступление солнечной радиации в течении года, положительный радиационный баланс отмечается в мае, июне, июле и августе, в остальные месяцы - отрицательный. Годовая сумма поступающей на земную поверхность радиации увеличивается при движении с севера на юг. Автором были проведены расчёты радиационного баланса для ключевых участков на основе реанализов NASA Prediction Of Worldwide Energy Resources v2.3.0. Результаты расчётов и построение графиков линии тренда характеризуют благоприятные условия для дальнейшего протаивания мёрзлых толщ. При этом наиболее динамично растут показатели радиационного баланса в зоне северной тайги, наименее - в зоне тундры.
В работе рассмотрены тренды изменения высоты снежного покрова и среднегодовых температур воздуха для полигонов циркумполярного мониторинга - наблюдается тенденция к увеличению высоты снежного покрова и увеличению среднегодовых температур воздуха, что также благоприятно для протаивания многолетнемёрзлых пород.
Автором работы на основе баз данных Международной программы по наблюдению за параметрами многолетнемёрзлых пород (Global terrestrial Network on Permafrost) и программы циркумполярного мониторинга сезонно-талого слоя (Circumpolar Active Layer Monitoring) были проведены расчёты и представлены карты глубин деятельного слоя для ключевых участков.
Процесс протаивания пород наиболее динамичен для хасырейных комплексов и низинных болот с небольшой мощностью торфа, речных террас, сложенных песками и супесями. Плоские торфяники обладают большой мощностью и характеризуются слабой динамикой к протаиванию, при этом для их поверхности характерно образование мигрирующих бугров пучения.
