Криосфера Земли. Том VII, №3 (июль-сентябрь, 2003)
УДК 551.350.54 (268.52+61)
ОЦЕНКА КОЛИЧЕСТВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА, ПОСТУПАЮЩЕГО В АРКТИЧЕСКИЙ БАССЕЙН ПРИ ТЕРМОАБРАЗИИ ПОБЕРЕЖЬЯ МОРЕЙ ЛАПТЕВЫХ И ВОСТОЧНО-СИБИРСКОГО А.Л.Холодов, Е.М.Ривкина, Д.А.Гиличинский, Д.Г.Федоров-Давыдов, С.В.Губин, В.А.Сороковиков, В.Е.Остроумов, С.В.Максимович Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Московская обл, Пущино
В статье дана оценка количества органического углерода, поступающего в Полярный бассейн при абразии морского побережья восточного сектора Арктики. Оценен вклад многолетнемерзлых пород, современных почв и наземного растительного покрова. Определено содержание Сорг в разных генетических типах четвертичных отложений и современных почв. Расчет запасов углерода проводился с учетом объемной льдистости массива мерзлых отложений. Установлено, что в год за счет термоабразии в моря Лаптевых и Восточно-Сибирское выносится до 1,8 млн. тонн органического углерода. Проведенные исследования дают основания предполагать, что большая часть органического вещества донных осадков этих морей является аллохтонным. Исследование базируется на обширном фактическом материале, полученном в результате многолетних работ на приморских низменностях Якутии.
ESTIMATION OF THE ORGANIC CARBON INPUT INTO ARCTIC OCEAN DUE TO EROSION OF LAPTEV AND EAST-SIBERIAN SEASHORE A.L.Kholodov, E.M.Rivkina, D.A.Gilichinsky, D.G.Fyodorov-Davydov, S.V.Gubin, V.A.Sorokovikov, V.E. Ostroumov, S.V.Maksimovich Laboratory of Soil Cryology, Institute of Physicochemical and Biological Problems of Soil Science RAS, Puschino, Russia
Estimation of possible organic input into arctic basin due to coastal thermal erosion in Eastern Arctic was carried out. Content of Corg for different types of quaternary deposits and modern soil were determined. Influence of modern soil, vegetation and volumetric ice content on amount of Corg outflow was taken in account. It has been determined, that income of coastal erosion in organic budget of Arctic basin can reach 1,8 mln tons per year. Main part of the organic matter in marine sediment in Laptev and East-Siberian seas is allochthonous. Current research base on the data, obtained during works on the Yakutian coastal lowlands.
УДК 551.807:551.79
РЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ЛЕДОВОГО КОМПЛЕКСА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗУЧЕНИЯ ПОЗДНЕПЛЕЙСТОЦЕНОВЫХ НОР ГРЫЗУНОВ С.В. Губин, О.Г. Занина, С.В. Максимович, С.А. Кузьмина*, В.С. Зажигин** Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино, Московская область * Палеонтологический институт РАН, 117997, Москва, Профсоюзная ул., д.123 **
Проведено изучение ископаемых нор грызунов из позднеплейстоценовых отложений ледового комплекса Колымо-Индигирской низменности. Строение нор, их содержимое позволили оценить мощность СТС, его увлажнение, характер дневной поверхности. Установлена высокая информативность содержащегося в ископаемых норах палеоэкологического материала и показана возможность использования его для решения палеогеографических задач плейстоцена. Содержащиеся в них семена и растительные остатки указывают на тундровый характер фоновой растительности с участками местообитаний, занятыми пионерными и степными сообществами. Данные о видовом составе растительности позволяют говорить о невысокой продуктивности распространенных в это время ценозов. Состав энтомофауны из ископаемых нор близок к содержащемуся во вмещающих толщах и подтверждает сухой тундровый облик позднеплейстоценовых ландшафтов.
RECONSTRUCTION OF ICE COMPLEX SEDIMENT FORMATION CONDITIONS ON THE BASE OF LATE PLEISTOCENE RODENT BURROW STUDYING S.V. Gubin, O.G. Zanina, S.V. Maksimovich, S.A. Kuzmina*, V.S. Zazhigin** Institute of physico-chemical and biological problems of soil science of RAS, 142290, Pushchino, Moscow region, Russia * Palaeontological Institute RAS, 117997, Moscow, Profsoyusnaya str., 123, Russia **Geological Institute RAS, 109017, Moscow, Pyzhevsky per., 7, Russia
The investigation of rodent fossil burrows from late Pleistocene sediments of ice complex in the Kolyma-Indigirkal lowlands was carried out. The structure and contents of burrow allowed us to estimate thickness of active layer, its moisture and character of surface. The contents of fossil burrows are the most informative for reconstruction of nature conditions of late Pleistocene.
The analysis of seeds species from the burrows points to the predomination of tundra vegetation with sites occupied by pioneer and steppe communities in this period. These data are evidence of low productivity of these plant coenoses.
Compositions of insect species in burrow and sediments are similar and imply dry conditions of tundra landscape in late Pleistocene.
УДК 551.525
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЧВ РОССИИ В ПЕРИОД ПОСЛЕДНЕГО ПОТЕПЛЕНИЯ КЛИМАТА С. М. Чудинова, С. С. Быховец, В. А. Сороковиков, Р. Барри*, Т. Жанг*, Д. А. Гиличинский Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино, Московская область, Россия *Национальный центр данных по льду и снегу Университета Колорадо, Болдер, Колорадо, США
Проанализированы и сопоставлены тенденции в колебаниях среднегодовых и осредненных за сезон (зима, весна, лето, осень) температур воздуха и почв на глубинах 40, 160, 320 см для 242 метеорологических станций России за период с 1969 по 1990 год. Тенденции в колебаниях среднегодовых температур почв в таежной зоне Русской равнины определяются колебаниями температур воздуха начала теплого сезона. На Урале и в Западной Сибири они определяются климатическими тенденциями холодного и теплого сезонов, а в Восточной Сибири - тенденциями холодного сезона. Максимальный рост среднегодовой температуры почв за исследуемый период (0.05-0.08оС/год) характерен для Западной Сибири, Восточно-Сибирского плоскогорья и Забайкалья, что соответствует максимальному росту среднегодовой температуры воздуха в этих районах. В Прибайкалье, Приморье и северо-востоке России рост температуры воздуха за данный период практически отсутствует. Не зафиксировано здесь и повышения температуры почв: тренды среднегодовой температуры составляют, соответственно, 0.01-0.03, 0.0-0.02 и -0.01-0.0оС/год. На большинстве станций в области сплошного распространения мерзлоты, повышения среднегодовых температур многолетнемерзлых горизонтов не установлено.
PECULIARITIES IN SOIL WARMING VERSUS RECENT CLIMATE WARMING IN RUSSIA S. M. Chudinova, S. S. Bykhovets, V. A. Sorokovikov, R. Barry*, T. Zang*,
D. A. Gilichinsky Institute of Physico-Chemical and Biological Problems in Soil Science RAS, Pushchino, Moscow region, 142290, Russia *National Snow and Ice Data Center, Campus Box 449, University of Colorado, Boulder, CO 80309, USA
The changes of temperature in perennially and seasonally frozen soil, in response to the current global warming, were assessed for 242 meteorological stations across Russia for depths of 40, 160, 320 cm. Analysis was performed for the mean annual soil and air temperature, as well as soil temperature averaged over the summer, winter, spring, and autumn periods. These changes differ in time and space. Changes in annual soil temperature can be controlled by the air temperature of the warm period (taiga zone of the Russian Plain), the cold and warm periods (Ural and West Siberian Plain), and the cold period (Eastern Siberia). Maximum annual warming (0.05-0.08оС/year) was observed for the permafrost and seasonally frozen soils of the West Siberia Plain and the permafrost regions of the Central Siberian Plateau and mountains of Transbaikalia. Annual ground warming is practically absent in Pribaikal’e, Far East, north-eastern part of Russia: 0.01-0.03, 0.0-0.02, -0.01-0.0 оС/year, respectively. This reflects an absence of any significant increase in the annual air temperature in these regions. Soil warming in the permafrost regions has taken place mainly in the cold season, and no significant effect on the permafrost status in these regions is apparent.
УДК 551.345.004.12
КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРМ СВЯЗИ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ГРУНТАХ
В.Г. Чеверев
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
геологический факультет, 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские Горы, Россия
Проведена систематизация категорий воды в мерзлых грунтах на энергетическом принципе. Разработана классификация грунтовой влаги по фазовому состоянию, природе связи, месту расположения. Выделенные категории воды охарактеризованы температурным диапазоном формирования, величинами химических потенциалов, толщиной пленок, взаимодействием между собой как энергетически, так и в объеме пор и основными свойствами.
CLASSIFICATION OF WATER BOND FORMS IN THE FROZEN FINE-GRAINED SOILS
V.G. Cheverev
Faculty Geology, Lomonosov Moscow State University,
119992, Moscow, Leninskiye Gory, Russia
The categories of water in frozen soils are systematized on the energy principle. The classification of soil water by a phase state, nature of bond and location was developed. The designated water categories are characterized by temperature range of formation, chemical potentials values, film thickness, interaction among these categories energetically as well as in pore volume, and by basic properties.
УДК 551.345 Московский государственный университет, геологический ф-т, 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, Россия *Институт полярных и морских исследований им. А.Вегенера, 14473, Потсдам, Телеграфенберг А43, Германия ISOTOPIC COMPOSITION OF NATURAL WATERS AND RECENT GROUND ICE IN THE LAPTEV SEA REGION A.Yu. Dereviagin, A.B. Chizhov, H. Meyer* Moscow State University, Faculty of Geology, Leninskie Gory, 119992, Moscow, Russia *Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Research Unit Potsdam, Telegrafenberg A-43, 14473, Potsdam, Germany New data on isotopic composition (oxygen-18, deuterium, tritium) of natural waters and ground ice in the Laptev Sea region have been presented. The wide spread of modern atmospheric water (younger than 1952) in the upper part of permafrost has been determined. The part of rainwater and snowmelt in the recent ground ice feed is considered. The differences of isotopic composition between the Holocene ice wedges and its recent ice veins reflect well the changes of climatic conditions. УДК 551.328/345 ЗАВИСИМОСТЬ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕГРЕГАЦИОННОГО ВНУТРИГРУНТОВОГО ЛЬДА ОТ УСЛОВИЙ ПРОМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТОВ С.Е. Гречищев, Арк. В. Павлов, Ю.Б. Шешин, О. В. Гречищева Институт криосферы Земли СО РАН, 117982, Москва, ул. Вавилова, 30/6, к.85, Россия, e- mail Представлены результаты экспериментальных лабораторных исследований физических свойств сегрегационного внутригрунтового льда. Получены зависимости плотности и коэффициента теплопроводности сегрегационного льда от скорости пучения и градиента температуры. Установлено, что в среднем теплопроводность сегрегационного внутригрунтового льда на 45%, а плотность на 10% меньше соответствующих стандартных значений. Работа выполнена при поддержке РФФИ (Грант № 00-05-64669). DEPENDENCE OF THE SEGREGATIONAL INTRASOILED ICE PHYSICAL PROPERTIES ON THE FREEZING SOIL CONDITIONS S.E. Grechishchev, Ark.V. Pavlov, Yu.B. Sheshin, O.V. Grechishcheva Earth Cryosphere Institute, Vavilov street, 30/6, room 85, Moscow, 117982, Russia The results of the experimental studies of intrasoiled segregational ice physical properties have been presented. Dependence of density and heat- conductivity of segregational intrasoiled ice layers on the frost heaving rate and temperature gradient has been obtained. The experiments have shown that the average heat conductivity of segregational intrasoiled ice was 45% less and density 10% less comparing to their standard meanings. The studies were supported with RFFI (Grant # 00-05-64669). УДК 551.328/345 ПЕРЕНОС ВОДЫ И ЛЬДА В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ ВБЛИЗИ ТОЧКИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА В. С. Колунин Институт криосферы Земли СО РАН, 625000, Тюмень, а/я 1230, Россия Теоретически изучается массоперенос в модельном мерзлом грунте, состоящем из одинаковых мелкопористых проницаемых частиц, регулярно расположенных в пространстве. Решение задачи о массопереносе включает следующие этапы: выбор элементарной ячейки, решение задачи фильтрации и тепловой задачи для выбранной ячейки, усреднение и преобразование полученных соотношений из разностной формы в дифференциальную. Потоки воды и льда в пористой среде выражаются через сумму градиентов температуры, давления воды и напряжения во льду. Получен явный вид коэффициентов массопереноса. Анализируются результаты экспериментов [Horiguchi, Miller, 1980]. WATER AND ICE TRANSFER IN POROUS MEDIA NEAR THE PHASE TRANSITION POINT V.S. Kolunin Earth’s Cryosphere Institute SB RAS, 625000, p/b 1230, Tyumen, Russia The mass transfer in the model frozen soil is studied theoretically. The porous medium consists of the permeable particles and has a regular texture. The mass transfer problem is solved in the following way: selecting the elementary cell in the medium, solving of the heat and mass task for this cell, averaging the resulting equations and transforming those difference equations to the differential form. Both, the rates of the water and ice flows in porous medium, are sums of three forces: gradients of temperature, water pressure and ice stress. The explicit expressions are obtained for the transport coefficients, which are compared with each other. The experimental data [Horiguchi, Miller, 1980] are analyzed on the basis of the resulting equations. УДК 551.328/345 О ПРОЦЕССАХ КОНСОЛИДАЦИИ В МАССИВАХ МЕРЗЛЫХ ПОРОД Я.Б. Горелик, А.К. Решетников Институт криосферы Земли СО РАН, 625000, Тюмень, а/я 1230, Россия Дано обоснование необходимости специального рассмотрения процессов консолидации массивов мерзлых пород, которые могут быть вызваны внешними факторами тепловой и механической природы. Приведена полная система уравнений, описывающая процесс консолидации мерзлых пород. Рассмотрены примеры расчета эволюции состояний мерзлого образца и массива мерзлых пород в процессах их консолидации. Анализ результатов расчета показывает значительное влияние этих процессов на изменения в параметрах состояния мерзлых пород. CONSOLIDATION PROCESSES IN THE MASSIVES OF FROZEN SOIL J.B. Gorelik, A.K. Reshetnikov Earth Cryosphere Institute SB RAS, Tyumen, 1230, Russia The basis of special consideration of the frozen soil massive consolidation processes (which may be caused by external heat and mechanical factors) is done. The complete system of equations for theoretical description of the consolidation processes in frozen soils is adduced. Some calculation examples of the frozen soil state evolution in consolidation processes are examined. The analysis of the calculation results shows the significant influence of these processes on the internal state variations of the frozen soil. УДК 551.345:631.46:582.282 КРИОПЭГИ И ИХ ОБИТАТЕЛИ - МОДЕЛЬ ДЛЯ Д. А. Гиличинский, 1Е. М. Ривкина, 1В. А. Щербакова, 1К. С. Лауринавичус, 2И. А. Комаров, 2Н. Г. Волков 1 В мерзлых толщах впервые изучена древняя водная экосистема, представленная плейстоценовыми линзами криопэгов и населяющими их микроорганизмами, общая численность которых не отличается от таковой в современных водоемах. Это психрофильное галофильно-галотолерантное сообщество метаболически активно при отрицательных температурах и высокой солености. Сохранение жизнеспособных организмов в водной среде на протяжении геологического времени имеет общебиологическое и астробиологическое значение. Высокоминерализованные отрицательно-температурные воды - единственно возможный вид свободной воды в мерзлых горизонтах Марса, а их ранее не известное микробное сообщество - вероятный прототип ее обитателей. CRYOPEGS AND THEIR INHABITANTS - THE MODEL FOR ASTROBIOLOGY Gilichinsky, D. A., Rivkina, E. M., 1Laurinavichius, K. S., 1Shcherbakova, V. A. 2Komarov, I. A., 2Volkov, N. G. Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science, RAS, Pushchino, Moscow Region 1Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, 2Moscow State University The present study describes for the first time the ancient ecosystem represented by overcooled water lenses (cryopegs) - and its Pleistocene inhabitants. The total number of microorganisms found in cryopeg is close to that of common aquatic habitats. This is psychrophilic halotolerance-halophilic microbial community, metabolically active at subzero temperatures and high salinity. The fact of viable bacteria surviving in aquatic environment throughout its geologic history has the general biological and astrobiological importance. The mineralized brines are the only free water that might exist within Martian subsurface permafrost. This is why the isolated microbial community might represent the prototype of resembling plausible Martian life forms. УДК 551.324:551.345(470.1) КОРОТКОПЕРИОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ КЛИМАТА В БОЛЬШЕЗЕМЕЛЬСКОЙ ТУНДРЕ И ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ МЕРЗЛОТНЫХ УСЛОВИЙ М.А.Великоцкий, В.М.Федоров Московский государственный университет, геогр. ф-т, 119899, Москва, Воробьевы горы, Россия На основе анализа структуры короткопериодных колебаний климата предлагается методика прогнозной оценки изменения мерзлотных условий. Многолетние температурные данные одной метеостанции сведены в тригонометрический ряд Фурье, вычислены параметры 36-, 12- и 6-летнего циклов колебания температуры воздуха. При сложении расчетных циклических кривых получена прогнозная кривая изменения температуры воздуха, на которой четко обозначились максимумы и минимумы температурных волн короткого периода. Предполагается, что с экстремумами связаны скачкообразное изменение мерзлотных условий и резкая активизация развития криогенных процессов: с максимумами – термокарста, термоабразии и солифлюкции, с минимумами – пучения, морозобойного растрескивания, наледеобразования и пр. Наиболее существенно 4-6 летние колебания температуры изменяют мерзлотные условия в южной геокриологической зоне. Предлагаемая методика применима для регионов Европейского севера и побережья Тихого океана, где пространственно выявлены 6-ление циклы с большой амплитудой колебания температуры воздуха. По мнению авторов, одной из причин 4-6 летней цикличности климата может быть периодическое воздействие приливообразующих сил Венеры и Юпитера. Приведены точные даты максимального возмущающего воздействия планет, которые могут соответствовать начальной фазе циклов. SHORT-PERIOD CLIMATE FLUCTUATIONS IN BOLSHEZEMEL’SKAYA TUNDRA AND THE FORECAST OF PERMAFROST CONDITION CHANGING М. А. Velikotsky, V. М. Fyodorov Moscow State University, Department of Geography, On the base of structural analysis of short-period fluctuations of temperature the strategy is offered for a long-term forecast of permafrost conditions changing. The data on long-term changes of temperature of one meteorological station with the help of trigonometric functions was reduced in Furje row and the parameters of 36-, 12- and 6-year cycles of temperature fluctuations were calculated. By adding up the calculated curves we have got the forecast curve of air temperature changing where we can clearly see maximums and minimums of temperature waves of a short period. We suppose that extremums are connected with sharp changing of permafrost conditions and activation of cryogenic processes: maximums - with thermokarst, thermoerosion and solifluction, minimums - with new formation of frozen ground, frost heaving, frost riving and etc. The 4-6 year temperature fluctuations are most greatly and connected with permafrost conditions changing in the south geocryology area. The proposed strategy is applicable for regions of European north, seasides of the Pacific ocean, where we can observe 6-year cycles with the big amplitude of fluctuation of temperature. The authors call researchers’ attention to the periodic perturbation effect of Venus and Jupiter on atmosphere of the Earth, which can cause 4-6 year climate cycles. Presented are the exact data on maximum perturbation effect of planets, which can definite the beginning of one or another cycle.
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ВОД И СОВРЕМЕННЫХ ПОДЗЕМНЫХ ЛЬДОВ ЛАПТЕВОМОРСКОГО РЕГИОНА.
А.Ю. Деревягин, А. Б. Чижов, Х. Майер*
