Температурный режим торфяников Западной Сибири вблизи южной границы распространения многолетнемерзлых пород

Abstract

Актуальность исследования обусловлена деградацией многолетнемерзлых пород под влиянием глобального потепления. Это обуславливает необходимость прогнозной оценки устойчивости мерзлоты для минимизации нарушений инженерных сооружений в криолитозоне. Цель: оценка устойчивости мерзлых торфяников в южной части зоны островного распространения мерзлоты. Объекты: почвы плоскобугристых и крупнобугристых торфяников, которые сохраняют мерзлоту на южной границе островной криолитозоны. Методы: замеры температуры торфа и минерального грунта в наблюдательных геокриологических скважинах на глубинах от 0 до 10 м с применением системы автоматического мониторинга «САМ-Н»; определение температуры поверхности по данным тепловых каналов спутниковых снимков MODIS за 2000-2022 гг.; анализ метеопоказателей и определение трендов температурного режима воздуха для прогнозной оценки устойчивости многолетнемерзлых пород; вычисление индикаторных показателей состояния мерзлоты - суммы положительных и отрицательных температур, коэффициентов морозности воздуха и температурного индекса поверхности. Результаты. Отмечены многочисленные признаки неустойчивого состояния мерзлоты: среднегодовая температура поверхностного слоя была положительная во всех обследованных скважинах (+0,8...+1,3 °С); на глубине нулевых теплооборотов (10 м) температура близка к точке таяния (преобладает диапазон -0,2...-0,3 °С), выявлено появление слоя грунта, который не замерзает в течение всего года («несливающаяся мерзлота»). Значения коэффициентов таяния и морозности воздуха соответствуют значениям в области с немерзлыми грунтами. Наблюдаются положительные тренды температуры воздуха, температуры поверхности Земли и высоты снежного покрова. За 2000-2022 гг. приземная температура воздуха в среднем увеличивалась на 0,76 °С/10 лет. Температура поверхности Земли в летний период возрастала в среднем на 0,42 °С/10 лет. При сохранении тенденции к росту температур приземного слоя воздуха мерзлые торфяники в южной части зоны криолитозоны полностью растают через 50-70 лет.

Relevance. The permafrost degradation under the effect of global warming. It determines the necessity for a predictive assessment of permafrost stability to minimize disturbances to engineering installations in the permafrost zone. Aim. To assess the stability of frozen peatlands in the southern part of the zone of insular distribution of permafrost. Objects. Soils of flat-mound and high-mound palsa mires, which preserve permafrost on the southern border of the insular permafrost zone. Methods. Measurements of the temperature of peat and mineral soil in geocryological boreholes from 0 to 10 m deep using the SAM-N automatic monitoring surveillance network; determination of surface temperature from thermal channels of MODIS satellite images from 2000 to 2022; analysis of meteorological indices and determination of air temperature trends for predictive assessment of permafrost stability; calculation of indicator values of permafrost state, such as freezing degreedays and thawing degree-days, frost index, freezing and thawing N-factors. Results. Numerous features of unstable permafrost have been observed. In particular, the mean annual temperature of the surface layer was positive in all studied boreholes (+0.8...+1.3°C), and the temperature at the depth of zero amplitudes (10 m) is close to the melting point (with the predominance of temperatures in the range of -0.2...-0.3°C). Besides, a layer of soil that does not freeze throughout the year (non-merging permafrost) was identified. The thawing degree-days and frost number values correspond to areas with unfrozen soils. Positive trends in air temperature, Earth's surface temperature, and snow depth were observed. For 2000-2022, surface air temperature increased by 0.76°C/10 years on average. The land surface temperature increased in summer by an average of 0.42°C/10 years. If the positive trend in surface air temperatures continues, frozen peatlands in the southern part of the permafrost zone will completely melt in 50-70 years