Криоморфогенез и литодинамика прибрежно шельфовой зоны морей Восточной Сибири (стр. 1 )

На правах рукописи

КРИОМОРФОГЕНЕЗ И ЛИТОДИНАМИКА ПРИБРЕЖНО-ШЕЛЬФОВОЙ ЗОНЫ МОРЕЙ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

Специальность 25.00.08 – инженерная геология, мерзлотоведение

и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Якутск 2008

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте мерзлотоведения им. Сибирского отделения Российской Академии Наук

Официальные оппоненты доктор географических наук, профессор

Владимир Романович Алексеев

доктор географических наук, профессор

Вячеслав Николаевич Конищев

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Октавий Несторович Толстихин

Ведущая организация Геологический факультет Московского государственного университета им

Защита состоится «21» октября 2007 г. в 9.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 003.025.01 при Институте мерзлотоведения им. СО РАН Якутск, , Институт мерзлотоведения.

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

Оригиналы отзывов на автореферат (в 2-х экз.), заверенные печатью учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета Марку Михайловичу Шацу.

Копии отзывов для скорой доставки можно направлять по Факсу: 476 или электронной почтой: *****@***ru

Автореферат разослан « » сентября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к. г.н.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Предлагаемая тема исследований относится к фундаментальным проблемам эволюции Арктики в области взаимодействия криолитозоны, атмосферы и гидросферы. Эта тема входит в состав нескольких российских и международных программ и проектов, включая кластерные проекты Международного Полярного Года. Хотя арктическая прибрежно-шельфовая криолитозона изучается давно, влияние мерзлоты на эволюцию берегов и шельфовых систем арктической части Восточной Сибири до сих пор недостаточно оценивается в количественном и качественном отношениях. Льдистые берега чутко реагируют на происходящие в настоящее время климатические изменения во всем арктическом регионе. Поэтому мониторинг и прогноз динамики береговых линий, отступающий на отдельных участках этих морей со скоростью более 10 м в год, здесь являются первоочередными задачами. Их решение особенно важно для Восточной Сибири, теряющей более 10 кв. км прибрежной суши в год. Столь быстрое разрушение льдистых берегов обеспечивают процессы термической денудации, абразии и эрозии, термического карста и криогенные склоновые процессы в сочетании с другими процессами морфогенеза. Данная работа так же связана с оценкой баланса терригенных масс, поступающих в Северный Ледовитый океан (СЛО). В исследуемом регионе объем наносов, высвобождаемых вследствие разрушения берегов и выносимых на шельф, наибольший в Арктике. В потоке береговых наносов морей Восточной Сибири количество органического углерода превышает его суммарный вынос из берегов остальных арктических морей. Информация об объемах органики, ранее законсервированной в прибрежных многолетнемерзлых породах (ММП), и попадающей в море, важна для расчета дополнительных источников парниковых газов.

Субаквальные многолетнемерзлые породы (СММП) или подводная мерзлота – слабо исследованный объект шельфа Восточной Сибири. До сих пор неизвестно фазовое состояние грунтовых вод на огромных площадях под дном арктического шельфа, существуют ли реликтовые многолетнемерзлые породы в относительно глубоководной части шельфа арктических морей и даже вблизи отдельных типов побережья. Анализ материалов по прибрежной зоне шельфа, показывает, что динамика преобразования (в основном деградация) верхних горизонтов СММП весьма неоднородна вблизи разных типов побережья и при различных глубинах моря. Выявление закономерностей распространения и эволюции подводной мерзлоты на шельфе арктических морей – одна из актуальных проблем геокриологии.

Теоретические проблемы, рассматриваемые в работе, состоят в выяснении закономерностей криоморфогенеза в пределах, как наземной береговой системы, так и подводной, включающей верхние горизонты СММП на подводном береговом склоне. Для определения среднемноголетних скоростей отступания эрозионных берегов и подсчета минерального и органического материала, поступающего из береговой зоны на шельф в специфических природных условиях морей Восточной Сибири, разработана новая методика, включающая использование ГИС-технологий. Одной из теоретических задач являлось выяснение места и роли криогенных процессов в береговом морфогенезе морей Восточной Сибири. Современное потепление в Арктике поставило еще одну теоретическую проблему – оценку и прогноз реакции берегов на изменение климата. По предварительным данным, заметная активизация береговой эрозии отмечается лишь в период пиков потепления, в частности она четко выражена в гг.

Не менее важной теоретической задачей является определение характера взаимодействия надводной (береговой) части криолитозоны с прилегающей подводной мерзлотой. Оказалось, что динамически они тесно связаны. Ускорение или замедление темпов разрушения ММП в пределах одной из этих частей закономерно сказывается на состоянии другой системы. Анализ морфологии кровли СММП в прибрежной части исследуемых морей показал, что уклоны поверхности деградирующей подводной мерзлоты имеют достаточно сложный характер и, в целом, зависят от специфики прибрежно-морских гидрологических процессов, особенностей динамического режима береговой зоны, типа и конфигурации побережья.

Объект исследований – побережье и мелководная шельфовая зона арктических морей Восточной Сибири. Наиболее подробно исследованы льдистые берега, преобладающие в этом регионе, и мерзлота на прилегающем подводном береговом склоне, по которому, в отличие от относительно глубоководного шельфа, имеется достаточный объем мерзлотно-геологической информации.

Предмет исследований – взаимодействие процессов криоморфогенеза и литодинамики, оценка их роли в эволюции подводной и береговой мерзлоты в прибрежно-шельфовой зоне морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Исследуются криогенные рельефообразующие процессы, их динамика и закономерности развития в береговой зоне и на прибрежном шельфе, формирование потоков наносов, попадающих на шельф из эрозионных берегов, а также эволюция СММП.

Методы исследований. Использовался комплекс мерзлотно-геологических методов в сочетании с методами морфогенетического анализа. Полевые методы исследований основывались на многолетних наблюдениях за береговыми сетями искусственных и природных реперов, теодолитной съемке для выяснения скоростей береговых процессов на ключевых участках; изучении естественных береговых разрезов (обнажений) и бурении профилей на побережье и прибрежном шельфе для определения состава, льдистости и других параметров пород. Дистанционные методы опирались на сравнительный анализ аэрофотоснимков (АФС), крупномасштабных топографических карт и космических снимков, а также на сравнение АФС с натурными данными. Для обработки дистанционных материалов использовалась ГИС-программа ENVI 3.4, 3.7. Методика лабораторных исследований включала ряд стандартных методов гранулометрического и минералогического анализа, определения содержания органики, льдистости-влажности пород, их возрастного датирования различными методами.

Для определения средних скоростей береговой эрозии и массы берегового материала, поступающего на шельф, была разработана методика, базирующаяся на детальном сегментировании побережий морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, описании и расчете их основных морфологических, геолого-геокриологических и динамических параметров. Для обобщения полученных данных и выявления различных динамических параметров береговой зоны, а также для современного информационного представления материалов исследований был использован ГИС-метод - создана береговая база данных исследуемых морей, включающая 13 основных мерзлотно-геологических и геоморфологических параметров для каждого из 123 береговых сегментов. База данных была организована с помощью ГИС-технологий (на основе пакета программ ArcInfo/ArcView 8.1).

Цель исследований – разработать современную концепцию формирования прибрежно-шельфовой криогенной геоморфологической системы в пределах морей Восточной Сибири, показать роль криоморфогенеза в ее эволюции и закономерные связи мерзлотно-геоморфологических и литодинамических процессов в пределах ее надводной и подводной подсистем.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1)  проанализировать имеющиеся научные представления о криоморфогенезе и литодинамике в прибрежно-шельфовой зоне арктических морей;

2)  классифицировать морфодинамические типы побережий;

3)  изучить закономерности проявления и развития процессов криоморфогенеза, показать их роль и место в ряду других процессов морфогенеза, участвующих в трансформации морских берегов Восточной Сибири;

4)  определить среднемноголетние скорости отступания эрозионных берегов морей Восточной Сибири;

5)  оценить объемы осадков, включая органический материал, поступающих из берегов на арктический шельф;

6)  проанализировать имеющиеся материалы о распространении и темпах деградации верхних горизонтов подводной мерзлоты (СММП) в исследуемом регионе на основе данных буровых профилей, пройденных на прибрежном шельфе, геофизического зондирования и математических моделей;

7)  изучить среднюю скорость понижения (деградации) кровли СММП в различных природных условиях в пределах подводного берегового склона;

8)  исследовать закономерности, определяющие уклоны кровли СММП на ключевых участках прибрежного шельфа;

9)  выявить связи динамических параметров надводной и подводной частей криогенной прибрежно-шельфовой системы.

Научная новизна работы.

1.  Впервые количественно обоснована ведущая роль комплекса криогенных процессов (термоабразия, термоденудация, термокарст, солифлюкция, термосуффозия, а также боковая, донная и регрессивная термоэрозия) в разрушении морских берегов Восточной Сибири.

2.  Впервые оценены средние многолетние скорости отступания всей береговой линии морей Лаптевых и Восточно-Сибирского и всех их береговых сегментов.

3.  Впервые выяснено, что процессы берегового морфогенеза в пределах побережий, сложенных дисперсными плейстоценовыми льдонасыщенными породами («ледовый комплекс», занимающий более 30% протяженности побережий исследуемых морей), продуцирует на шельф 3/4 суммарного берегового потока наносов.

4.  Впервые установлено, что поток наносов из разрушающихся берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского составляет более 150 млн. тонн в год (более половины всего арктического потока берегового материала в Северный Ледовитый океан), что почти в три раза превышает объем регионального твердого речного стока.

5.  Впервые количественно оценена величина потока органического углерода, поступающего на шельф морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, формирующегося, преимущественно, в процессе берегового криоморфогенеза. Этот поток намного превышает объем выноса берегового органического углерода в остальные моря СЛО.

6.  Установлены средние уклоны кровли и темпы деградации подводной криорлитозоны на прибрежном шельфе морей Восточной Сибири.

7.  Доказана связь уклонов кровли СММП, понижающейся от береговой линии в сторону моря, с динамическим режимом береговой зоны.

Защищаемые положения.

1. В силу высокой льдистости многолетнемерзлых пород береговой зоны морей Восточной Сибири, где доля ледового комплекса от длины побережья составляет боле трети, процессы криоморфогенеза играют ведущую роль в разрушении их берегов, формируя самые динамичные в Арктике геоморфологические и ландшафтные зоны. Скорость разрушения береговых секторов, содержащих ледовый комплекс, в 5-7 раз выше, чем секторов с малольдистыми толщами. При этом, темп теряемой площади суши этих морей составляет 10,7 км2 в год.

2. Разрушаемые берега морей Восточной Сибири продуцируют наибольшее количество берегового обломочного материала (152 млн. тонн/год) и органического углерода (4 млн. тонн/год), поступающих в арктический бассейн и превышающих суммарный береговой вынос всех остальных арктических морей (по обломочному материалу 55%, по органическому углероду 69%). Масса обломочного материала, поступающего из берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, почти в три раза превосходит региональный твердый сток рек.

3. Ледовый комплекс побережий морей Восточной Сибири является важнейшим источником берегового потока наносов, как в эти моря, так и в арктический бассейн в целом. Его доля в потоке наносов из берегов всех арктических морей составляет 42%, а по органическому выносу – 66%. Ведущим экзогенным фактором, определяющим объемы этих потоков, является криоморфогенез.

4. Скорость деградации реликтовых субаквальных многолетнемерзлых пород определяется их строением и мощностью залегающих на них осадков, а также температурой и соленостью придонного слоя воды и характером гидро-литодинамических процессов в прибрежной зоне шельфа. Эта скорость составляет первые десятки сантиметров в верхней части подводного берегового склона, а в нижней его части уменьшается до долей сантиметра в год. В связи с неравномерностью темпов протаивания СММП, их кровля, понижающаяся от берега в море, в большинстве случаев имеет вогнутый профиль.

5. Субаквальная мерзлота сохраняется на большей части подводного берегового склона морей Восточной Сибири и, являясь частью прибрежно-шельфовой криогенной системы, динамически связана с особенностями развития ее наземной части – многолетнемерзлых пород береговой зоны. Величина уклонов кровли СММП в пределах подводного берегового склона является функцией времени их нахождения в субаквальных условиях и определяется динамическим режимом прилегающего берегового сектора. Уклоны кровли подводной мерзлоты в прибрежно-шельфовой зоне этих морей варьируют в широких пределах, от 0,0002 до 0,1, составляя в среднем 0,011.

Практическое значение работы связано с освоением береговой и подводной мерзлоты. Деструктивные криогенные процессы на исследуемом побережье протекают значительно активнее в сравнении с другими арктическими побережьями. Более трети от общей протяженности береговой линии морей Лаптевых и Восточно-Сибирского занимают берега, сложенные ледовым комплексом, который является весьма неустойчивым к воздействию моря, климатическому потеплению и антропогенному воздействию. Быстрое отступание береговых уступов, активизация поверхностных криогенных явлений на прилегающих участках побережья часто приводят к разрушению домов, других инженерных сооружений и коммуникаций, береговых навигационных сооружений – маяков, к утере радиоактивных навигационных объектов (радиоизотопных термоэлектрических генераторов). Отмечающееся в Арктике потепление климата и сокращение площади паковых льдов будут способствовать активизации штормовых условий, увеличению мощности сезонно-талого слоя (СТС) и ускорению отступания берегов. Это усилит поступление из берегов на шельф эрозионного потока наносов, включая органический углерод, который является дополнительным источником парниковых газов, метана и углекислого газа. Научная оценка и прогнозирование отмеченных явлений позволяют минимизировать риски освоения изучаемых прибрежных территорий в отношении береговой эрозии и деструктивных криогенных процессов.

Толщи ММП шельфовой зоны оказались под водой из-за последней трансгрессии и быстрого отступания берегов морей Восточной Сибири. Доказано, что в пределах подводного берегового склона темпы деградации подводной мерзлоты (СММП) сверху достигают первых десятков сантиметров в год, что ведет к соответствующим просадкам дна, часто компенсирующимся наносами из берегов. Контроль изменения глубин - важнейшего навигационного параметра, с учетом влияния процессов деградации СММП, имеет существенное практическое значение. Мерзлотные особенности дна моря Лаптевых важны и как инженерная основа для любых видов работ на шельфе, например, в случае начала освоения углеводородных и других ресурсов на восточно-арктическом шельфе. Изучение СММП важно так же для поиска газоконденсатных месторождений на шельфе, поскольку само существование этой субстанции возможно лишь в относительно узком термодинамическом диапазоне: высокое давление и низкая температура. Подводная мерзлота может быть «хранителем» такого сырья.

Достоверность полученных результатов. Научные положения, выводы и рекомендации сформулированы на основе анализа фактического материала, полученного в результате многолетних наблюдений за развитием арктических берегов и изучения субаквальной криолитозоны буровыми методами. Для оценки средних многолетних скоростей разрушения берегов и объемов выноса из них обломочного и органического материала была создана база данных с информацией по 123-м береговым сегментам изучаемых морей. Для анализа эволюции и распространения подводной мерзлоты были привлечены все собственные и опубликованные материалы по буровым профилям.

Все полученные материалы методически обоснованы. Выводы и расчеты, касающиеся определения основных параметров развития криогенных процессов на берегах и в пределах подводного берегового склона, подкрепляются большим объемом фактического материала. Полученные данные ежегодно обсуждались автором с российскими и зарубежными коллегами, докладывались на сорока пяти конференциях, опубликованы в 62 статьях, а также цитировались в десятках научных изданиях.

Личный вклад автора. Диссертация выполнена автором в Институте мерзлотоведения им. СО РАН в рамках программ фундаментальных исследований РАН и СО РАН, проектов РФФИ, ряда региональных, российских и международных арктических программ и проектов. В работе использованы результаты исследований, проведенных в гг. под руководством и непосредственном участии автора на арктическом побережье Якутии и шельфе морей Лаптевых и Восточно-Сибирского в составе 23-х экспедиций.

Фактический материал по всем ключевым участкам побережья исследуемых морей собран, обработан и проанализирован непосредственно автором. Автор принимал участие в береговых исследованиях и бурении на шельфе, в том числе, в их организации. Идея и методика создания базы данных берегов морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского и их воплощение принадлежат автору, включая детальные оценки динамики берегов и потоков береговых наносов. Существенная активизация научно-экспедиционных исследований в прибрежно-шельфовой зоне морей Восточной Сибири в течение последних 10 лет ( гг.) стала возможной благодаря Российско-Германскому сотрудничеству в рамках межправительственного проекта «Система моря Лаптевых». В ходе проекта были проведены дорогостоящие работы с соответствующим транспортным, буровым, современным приборным и аналитическим обеспечением, получен большой массив новых данных, в частности по мерзлоте, геологии и геоморфологии этого региона. Автор был в числе руководителей и организаторов всех десяти совместных экспедиций.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на следующих конференциях и совещаниях: «Рациональное природопользование в криолитозоне», Якутск (1990 г.); «Эволюционная геокриология. Процессы в Арктических районах на территории криолитозоны», Пущино (1995 г.); Первая конференция геокриологов России. МГУ, 1996; «Фундаментальные исследования криосферы Земли в Арктике и Субарктике», Пущино (1996 г.); 3rd QUEEN Workshop (Quaternary Environmental of the Eurasian North), Oystese, Norway (1999 г.); «Мониторинг Криосферы», Пущино (1999 г.); «Человечество и береговая зона Мирового океана в 21 веке», Москва, ИО РАН (2000 г.); 4th Workshop QUEEN (Quaternary Environment of the Eurasion North); International Workshop on Land-Ocean interactions in the Russian Arctic (LOIRA), Moscow (2000 г.); «Консервация и трансформация вещества и энергии в криосфере Земли», Пущино, (2001 г.); ACIA Workshop «Russian climate research and monitoring in the Arctic», St Petersburg, Russia, (2001 г.); 2nd workshop «Siberian river run-off» (SIRRO), Bremerhaven, Germany (2001 г.); «Экстремальные криосферные явления: фундаментальные и прикладные аспекты», Пущино (2002 г.); «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения», Пущино (2003 г.); 8th International Conference on Permafrost, Zurich, Switzerland (2003 г.); 5th Workshop «Arctic Coastal Dynamics», MacGill University, Montreal, Canada (2004 г.); «Криосфера нефтегазоносных провинций», Тюмень (2004 г.); «Приоритетные направления в изучении криосферы Земли», Пущино (2005 г.); 2nd European Conference on Permafrost, Potsdam, Germany (2005 г.); «Россия в Международном Полярном Году 2007/08», Сочи (2006); «Проблемы корреляции плейстоценовых событий на Российском Севере» (COPERN), ВСЕГЕИ, C.-Петербург (2006 г.); 8th Workshop «Laptev Sea System, Process Studies on Permafrost Dynamics in the Laptev Sea», St. Petersburg, AARI (2006 г.); «Россия в Международном Полярном Году: первые результаты», Сочи (2007 г.).

1.  Публикации. По теме диссертации опубликовано 69 статей, в том числе 14 статей в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК: «Криосфера Земли», «Океанология», «Наука и образование», «Вестник Московского университета» (серия География), «International Journal of Earth Sciences», «Permafrost and Periglacial Processes», «Quaternary International», «International Journal of Marine Geology. Geo-Marine Letters», «Transactions, American Geophysical Union», «Journal of Coastal Research», «Journal of Geophysical Research. Solid Earth», а также авторская и три коллективные монографии.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6-ти глав, заключения и приложения. Общий объем работы составляет 290 страниц, включая 33 таблицы, 100 рисунков и список литературы из 326 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам Института мерзлотоведения СО РАН, совместно с которыми проводились арктические исследования, – , , а также ведущим ученым института – , , за советы и замечания.

Искренняя признательность сотрудникам других организаций, спутникам и помощникам в полярных экспедициях – , , и зарубежным ученым - Ф. Рахольду, Х.-В. Хуббертену, Е.-М. Пфайффер, Л. Ширрмайстеру, В. Шнайдеру, Г. Швамборну, Г. Гроссе, Р. Юнкеру, М. Фукуде, М. Алларду, Спасибо за поддержку наших арктических исследований , , Х.-М. Кассенс, Й. Холлеману, Т. Остеркампу, Дж. Брауну, Н. Котре, П. Овердуину. Большая благодарность за помощь в организации полевых работ , , и .

Особую благодарность хотелось бы выразить ведущим специалистам по береговым процессам и субаквальной криолитозоне Арктики и за постоянную научную и моральную поддержку, а также многолетнему (с 1982 г.) полевому спутнику и мудрому советнику .

Хочется поблагодарить университетских (МГУ) научных руководителей автора в студенческие и «послестуденческие» годы и , которые направили интерес автора к познанию береговых и шельфовых процессов в начале его научного пути.

Автор всегда будет благодарен своим родителям - отцу, мерзлотоведу и полярнику, и матери, тоже мерзлотоведу, за то, что, начиная еще со школьных лет, они привили мне тягу к полевым работам на севере Сибири и любовь к Арктике.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 «Аналитический обзор. Основные терминологические понятия и изученность» подробно рассматриваются терминологические понятия, которые используются в работе. Сделан обзор терминов по разным типам отрицательно-температурных пород, береговой и прибрежно-шельфовой зонам, лито - и морфодинамике, мерзлотной геоморфологии, а также, отдельно, по криогенным геоморфологическим процессам. Определено, почему те или иные термины используются в диссертационной работе. Проведен анализ подходов к предмету мерзлотной геоморфологии в тех рамках, в которых в последующих главах рассматриваются процессы криоморфогенеза и литодинамики.

Изучение береговой зоны морей Восточной Сибири проводили многие исследователи (Толь, 1897; Ермолаев, 1932; Вильнер, 1955; Гаккель, 1957, 1958; Митт, 1954; Н. Григорьев, 1966; Клюев, 1970; Каплин и др., 1971; Holmes, Creager, 1974; Молочушкин, 1975; Аре, 1980, 1985, 1987; Новиков, 1981, 1984; Арчиков и др., 1982; Коротаев, 1984; Григорьев, 1993, 1996, Reimnitz, et al. 1994; Разумов, 1996; Павлидис и др., 1998; Are, 1998; Каплин, Селиванов, 1999; Лопатин, 1999; Medkova, 1999; Semiletov, 1999, 2000; Григорьев, Куницкий, 2000, 2007; Rachold et al., 2000, 2002, 2007; Are et al., 2000, 2005, 2008; Романовский и др., 1999, 2006; Романкевич, Ветров, 2001; Слагода, 2002; Разумов, 2001, 2003, 2007; Grigoriev et al., 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007; Григорьев, 2004; Григорьев и др., 2006; Overduin et al., 2007; Grigoriev, 2007 и другие). Тем не менее, существует множество пробелов как в понимании закономерностей развития береговых процессов, так и в информации о скоростях развития берегового морфогенеза. Значительное число крупных береговых секторов побережья морей Лаптевых и Восточно-Сибирского до сих пор не изучалось ни полевыми, ни дистанционными методами. На рисунке 1 показаны все ключевые участки, где проводилось изучение берегов морей Восточной Сибири. Со второй половины ХХ века стали применяться методы сравнительного анализа аэрофотоснимков разных лет и повторных инструментальных (топографических) съемок. В 70-х – 90-х годах прошлого века и в начале этого проводился регулярный многолетний мониторинг за отступанием берегов с помощью реперных сетей. В изучаемом регионе такие наблюдения осуществляются лишь на нескольких ключевых участках. В изучаемом регионе такие наблюдения осуществляются лишь на нескольких ключевых участках. К ним относятся о-в Муостах и Быковский п-ов в море Лаптевых. Ключевые участки по берегам Восточно-Сибирского моря находятся в районе мыса Крестовского.

Рис. 1. Схема ключевых участков на побережье морей Восточной Сибири, изученных в отношении темпов береговых процессов (черный круг – участок полевых исследований автора).

Ключевых участков изучения подводной мерзлоты гораздо меньше, чем береговых (рис. 2). Впервые подводную мерзлоту, описанную в литературе, наблюдал в 1739 г. , в море же Лаптевых, вблизи восточного побережья п-ова Таймыр (Лаптев, 1851). Участники экспедиций: (1901), (1903), (1904), (1909) и (1930), исследуя моря Восточной Сибири, отмечали на отдельных участках мерзлое состояние донного грунта. Первые серьезные исследования подводной мерзлоты с получением буровых кернов, проведены в этом регионе (1940) в бухте Кожевникова, на дне которой установлены слоистые мерзлые породы. Во второй половине ХХ и в начале этого века буровые и геофизические работы проводились на шельфе изучаемых морей на 30-ти ключевых участках.

Рис 2. Схема ключевых участков изучения СММП Восточной Сибири (серый круг – участок, где имеются опубликованные материалы по буровым профилям, вскрывшим СММП).

К настоящему времени заметно увеличился объем информации об арктических толщах СМПП. Такая информация приводится в ряде изданных работ (Пономарев, 1950; Н. Григорьев, 1952, 1973, 1966, 1987; Иванов, 1969; Клюев 1970; Каплин и др., 1971; Катасонов, Пудов, 1972; Reimnitz et al., 1972, 1994; Mackay, 1972; Молочушкин, Гаврильев, 1970; Молочушкин, 1973; Schneider et al., 1975; Соломатин, Фишкин, 1975; Аре, 1976, 1980, 1987; Hum,, Schalk (1976); Macaulay et al., 1977; Rodgers, Morack, 1977; Данилов, Жигарев, 1977; Жигарев, Плахт, 1977; Фартышев, 1978, 1993; Chamberlain et al, 1978; Osterkamp, Garrisson, 1978; Данилов, 1978; Соловьев, 1981; Жигарев, 1981; Антипина и др., 1981; Куницкий, 1986; Taylor et al., 1989; Ним, 1989; Григорьев, 1993, 1996; Павлидис и др., 1998; Hinz et al., 1998; Bauch et al., 1999; Григорьев, Куницкий, 2000; Kassens., 2000, 2001; Gavrilov et al., 2001, Kholodov et al., 2001; Tipenko и al, 2001; Hubberten, Romanovskii, 2001, 2003; Romanovskii et al., 1998, 2000, 2003; Слагода, 2002; Куницкий, 2007; Разумов, 2007 и другие). Несмотря на довольно большой список приведенных публикаций, ряд важнейших параметров СММП практически не изучен. Это, прежде всего, связано с незначительным объемом фактического материала, полученного по результатам буровых работ, которые проведены лишь на некоторых прилегающих к берегам мелководьях и в весьма малых объемах.

В районах развития современных дельтовых образований, выдвигающихся в море, и в мелководных заливах часто происходит новообразование многолетнемерзлых толщ, мощность которых достигает 10-20 м. Зона их распространения обычно ограничена изобатой 2,5 м, а по горизонтали - до 20 км в море от края дельт. Изучением таких толщ в прибрежной зоне морей Лаптевых и Восточно-Сибирского углубленно занимались , 1966; , 1975; , 1969; , 1983; , 1981 и другие.

Наличие некоторого числа имеющихся в литературе карт и схем, приведенных в работе и показывающих особенности распространения и свойства арктической подводной криолитозоны, не говорит о достаточной изученности этого объекта. Такие материалы подготовлены на основе лишь косвенных (геофизическое зондирование, моделирование и т. д.), а не прямых фактических данных. Анализ изученности прибрежно-шельфовой зоны морей Лаптевых и Восточно-Сибирского показывает, что в целом этот регион в отношении береговых криогенных процессов до сегодняшнего дня исследован недостаточно. Территория шельфа Восточной Сибири в геокриологическом отношении крайне слабо изучена. Фактические (буровые) данные о развитии толщ СМПП в области относительно глубоководных частей этого шельфа отсутствуют. Лишь один буровой профиль, мерзлотные данные которого пока что не опубликованы, может характеризовать малую часть этой области, расположенную к северо-западу от о-ва Бельковский (фонды Российско-германской экспедиции, 2000 г.). Вместе с тем геокриологическая и геоморфологическая изученность морских берегов Восточной Сибири резко возросла в последние 10 лет, в результате работ ежегодных российско-германских экспедиций, в рамках межправительственного проекта «Система моря Лаптевых».

Следует подчеркнуть, что процессы развития береговой зоны, динамика криогенного рельефа и особенности СММП изучены в море Лаптевых существенно лучше, чем в Восточно-Сибирском.

В главе 2 «Общие физико-географические и мерзлотно-геологические сведения об изучаемом регионе» приводится анализ данных обобщающих публикаций, посвященных изучению геолого-географических условий берегов и шельфа, а также мерзлотно-геоморфологических исследований автора. Рассмотрены основные морфометрические параметры берегов и шельфа морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, особенности речного стока и основные гидрометеорологические условия этого региона. Отмечается большая роль ветрового режима и ледовых условий в динамике берегов. Кратко охарактеризован температурный и солевой режим придонных вод, имеющий значительные сезонные вариации и зависимость от батиметрических параметров. Подчеркивается значительное опреснение морских вод, особенно в центральном и восточном секторах моря Лаптевых и широкое распространение отрицательно-температурных вод в придонном слое.

Проанализированы мерзлотно-геологические и геоморфологические параметры побережья и прилегающего шельфа. Мощность ММП на побережье составляет от 400 до 700 м (Пономарев, 1937, Григорьев, 1960, 1966). Фактической информации о мощности криолитозоны на прилегающем шельфе на настоящий момент нет. Главной отличительной особенностью изучаемой области является самое широкое, по сравнению с другими арктическими регионами, распространение в ее пределах льдистых толщ (ледовый комплекс), объемное содержание льда в которых может превышать 80 %. Берега, содержащие ледовый комплекс, занимают 37 % протяженности побережья морей Лаптевых и Восточно-Сибирского и играют очень важную роль в формировании потоков терригенных наносов, уходящих на шельф. Имеется целый ряд концепций о происхождении ледового комплекса (Попов, 1953; Алексеев, 1970; Конищев, 1975; Лаврушин, 1963; Гравис, 1969, 1986; Томирдиаро, Черненький, 1987; Катасонов, 1963, 1973; Иванов, Катасонова, 1978; Куницкий, 1989). Автор придерживается мнения о полигенетическом генезисе ледового комплекса. Главная особенность отложений этого комплекса – наличие в них мощных повторно-жильных льдов, вертикальный размер которых достигает 50 м, а ширина – 7-8 м. Установлено, что льдистые толщи часто залегают ниже уровня моря.

Вдоль побережья арктического сектора Азии природная обстановка в плейстоцене и голоцене была крайне изменчива. В прибрежно-шельфовой зоне надежно устанавливаются следы нескольких регрессивно-трансгрессивных фаз. Они связываются с гляциоэвстатическими изменениями моря, уровень которого понижался 18-16 тыс. лет назад до изобат около 100 м, затем (11 тыс. лет назад) поднимался до изобаты 40 м и в середине голоцена достиг своего современного положения (Арэ, 1982). Уровень моря в послесартанскую трансгрессию поднимался со средней скоростью 9 м за 1 тыс. лет. Это вызвало отступание береговой линии в глубь суши со скоростью от 01.01.01 м/год. После завершения подъема уровня моря за последние 5 тыс. лет полоса разрушенных термоабразией пород ледового комплекса могла достигать ширины 10-30, а местами 50 км (Арэ, 1980, 1983). Наиболее типичные скорости современного термоабразионного разрушения береговых уступов, сложенных льдистыми породами, по данным ряда авторов, составляют от 2 до 6 м/год (Хмызников, 1937; Н. Григорьев, 1966; Клюев, 1970; Сафьянов, 1978; Арэ, 1980).

Заключительная часть главы 2 содержит геологический очерк. Этот очерк базируется на изданных материалах (Никонов, 1977; Хаин, 1979; Геологическая..., 1978; Тектоническая..., 1979; Геологическая карта…, 1980; Геология.., 1981; Геология Якутской АССР, 1981; Геологическое строение, 1984; Структура..., 1985; Томирдиаро, Черненький, 1987; Гросвальд, Спектор, 1993; Имаев и др., 2000). Они излагаются автором с позиций проблем геоморфологического и геокриологического изучения территории прибрежно-шельфовой зоны Восточной Сибири.

В главе 3 «Методика исследований» рассматриваются методические подходы к изучению процессов криоморфогенеза, литодинамики и развития субаквальных многолетнемерзлых пород (СММП) в береговой зоне и на прибрежном шельфе исследуемых морей.

Динамика берегов и темпы протекания криогенных береговых процессов изучались путем экспедиционного мониторинга – оборудование реперами опытных площадок и береговых створов на ключевых участках для производства измерений и теодолитная съемка форм мерзлотного рельефа. Камеральный метод изучения динамики берегов основывался на анализе дистанционных материалов. Данные современных измерений по реперным сетям и теодолитных съемок накладывались на аэрофотоснимки (АФС) гг. (масштаб от 1:25 000 до 1:70 000) для расчета многолетних линейных и площадных изменений исследуемых форм. Наибольшее внимание уделялось льдистым берегам как самому распространенному их типу на побережье и криогенным процессам, играющим главную роль в темпах трансформации береговой зоны. Оценка средних темпов отступания берегов осуществлялась на репрезентативных (от фр. участках на основе экспедиционных наблюдений и измерений, а также привлечения дистанционных материалов. Определялись морфологические параметры берегов: абсолютные высоты береговых уступов и склонов, их крутизна, расчлененность и т. д. (рис. 3)