Современные исследования ледников Кавказа
Сокращение площади ледников Главного Кавказского хребта. В последние годы для оценки динамики ледников и климатических изменений на Кавказе всё больше используются материалы повторных космических съёмок, цифровые модели рельефа, радиолокационное зондирование, наземные DGPS-съёмки, а также продолжающиеся наземные наблюдения за балансом массы двух тестовых ледников Гарабаши и Джанкуат. Результаты сравнения Каталогов 1911, 1957 гг. и современных исследований свидетельствуют о том, что на протяжении ХХ и в начале ХХI столетий оледенение Кавказа сокращается.
По данным В.Д. Панова и П.М. Лурье, площадь ледников северного склона Главного Кавказского хребта сократилась с 1614 км2 в 1895 г. до 765 км2 в 2011 г., т. е. на 849 км2, или на 52,6%. Площадь оледенения в этот период сокращалась неравномерно, наиболее интенсивно в 1895–1970 гг. (по 8,5 км2 в год) и в 2000–2011 гг. (по 8,1 км2/год). Наименьшая величина сокращения площади отмечена в 1970–2000 гг. – по 4,1 км2/год. При этом по сравнению с Каталогом ледников Подозерского число ледников на северном склоне за 1895–2000 гг. увеличилось на 230, или на 15% (Панов, 1993; Лурье, Панов, 2011). Это произошло в результате отчленения притоков от крупных сложно-долинных ледников, а также распада ранее единых ледников на несколько частей.
Общая картина изменения площади всех ледников Кавказа была получена в Институте географии РАН в начале 2000-х годов в рамках выполнения международного проекта GLIMS на основе материалов космической съёмки ASTER и Landsat (см. рис. 14). Для этого с использованием программы GLIMSView по снимкам было выполнено дешифрирование границ ледников. При дешифрировании было использовано 45 орто-снимков ASTER (2004–2012) и один снимок Landsat (2004) (см. рис. 15).
Для расширения временных рамок анализа в цифровую форму был переведён также первый из существующих каталогов ледников Кавказа, опубликованный в 1911 г. – каталог Подозерского. В результате впервые было оценено изменение площади всех ледников Кавказа между началом, серединой и концом ХХ века.
По данным Подозерского (1911) на Кавказе насчитывалось 1329 ледников площадью 1967,42 км2. В каталоге ледников Кавказа (тома 8 и 9 Каталога ледников СССР) зафиксировано 2080 ледников с общей площадью 1427,12 км2. На начало ХХI в. по космическим снимкам на Кавказе зафиксировано 1706 ледников общей площадью 1174,52 км2. При дешифрировании снимков не было обнаружено 129 ледников, а 127 ледников разделились на 308 частей. Количество и площадь ледников была подсчитана по 21 речному бассейну для южного и северного склонов Большого Кавказа. Оказалось, что площадь ледников Кавказа сократилась от начала до середины ХХ в. на 27,46%, а с середины до конца ХХ в. ещё на 17,7%. Для Эльбруса подобные значения составили соответственно 14% и 6,28%.
Таким образом, скорость сокращения оледенения за первую половину ХХ в. была выше, чем за вторую. Эти результаты хорошо соотносятся с оценками других исследователей Кавказа. Однако заметно различие между поведением ледников южного и северного склонов. При общей тенденции сокращения площадей, ледники на северном склоне за первую половину прошлого столетия сократились на 30% и за вторую на 17,9%, тогда как ледники южного склона вели себя противоположным образом, сократившись на 12 и 28% соответственно. По оценкам грузинских гляциологов, ледники южного склона в бассейнах рек Ненскра и Накра за с 1960 по 2014 г. сократились на 47 и 45% соответственно (Tielidze et al., 2015a).
Сравнение результатов современных наблюдений с данными, содержащимися в названных выше каталогах, позволяет оценить изменения ледников за большой временнóй интервал, охватывающий несколько десятилетий. Однако динамичность современной ситуации предполагает более высокую детальность исследований нивально-гляциальных процессов во времени. Особый интерес представляет последнее десятилетие, так как этот сравнительно короткий временнóй интервал был отмечен интенсивным таянием ледников и активизацией стихийных процессов в высокогорной зоне Кавказа – увеличением количества и мощности снежных лавин и возникновением гляциальных селей, в число которых вошла и Кармадонская катастрофа 2002 г. Такие исследования были выполнены Институтом географии РАН и Университетом г. Рединг (Великобритания) с использованием космических снимков ASTER и Landsat (Носенко et al.,, 2013; Shahgedanova et al., 2014). Повторные съёмки обеспечили однородность условий получения и сопоставимость разновременных данных о состоянии ледников, а наличие в высокогорной зоне действующей метеостанции Терскол позволило провести сравнительный анализ изменчивости основных метеопараметров за исследуемый период.
Район исследований охватывал территорию Главного Кавказского хребта от Клухорского перевала на Западном Кавказе до Местийского перевала на Центральном Кавказе и включал Эльбрус. Основным условием при выборе района исследований было наличие материалов повторной съёмки в конце периода абляции. В качестве исходной информации были использованы снимки ASTER (2001–2012) и Landsat ETM+(1999–2001).
Общее число ледников, оцифрованных по снимкам и использовавшихся для сравнения, составило 478. Суммарная площадь этих ледников в 2001 г. составляла 407,3 км2. К 2010 г. она сократилась на 19,2 км2, или на 4,7±2,1%. При этом ледники Центрального Кавказа сократились на 8,5 км2 (5,0±2,4%), а ледники Западного Кавказа – на 4,9 км2 (4,1±2,7%). Различия в относительных величинах сокращения между ледниками центрального и западного участков Главного Кавказского хребта, а также северным и южным склонами незначительны и лежат в пределах погрешности измерений. Тем не менее, максимальная величина сокращения 5,6±2,3% отмечена для ледников южного склона Центрального Кавказа, а наименьшая – на южном склоне Западного Кавказа. Это вполне согласуется с ухудшением условий питания ледников с запада на восток вдоль Главного Кавказского хребта.
Сокращение площади 20 ледников превысило 20%, 41 ледник потерял от 10 до 20%, 59 ледников не изменили свои размеры: их изменения либо находились в пределах разрешающей способности снимков, либо такое определение было затруднено из-за особенностей морфологии или моренного покрова; в таких случаях они были приравнены нулю.
Изменения ледников Эльбруса. Эльбрус расположен севернее линии Главного Кавказского хребта на одном из его отрогов (рис. 46). Оледенение этого вулканического массива отличается от ледников Главного Кавказского хребта своим строением, размерами и условиями питания. Области аккумуляции ледников Эльбруса находятся на более высоких уровнях в условиях практически свободной атмосферы. Средняя высота ледников Эльбруса – 3980 м, в то время как у ледников на северном и южном склонах хребта – 3130 и 2810 м соответственно.
Оценка изменений ледников Эльбруса была выполнена по снимкам Landsat ЕТМ+ 1999 года и ASTER 2012 . Для определения положений границ ледников в областях питания была использована цифровая модель рельефа ASTER GDEM 2. Подсчёт показал, что в 1999 г. общая площадь ледников составляла 118,4 км2. К 2012 г. Эльбрус потерял 5,8 км2, или 4,9%. Среднегодовая скорость сокращения площади ледников составила 0,4% в год. Эта величина мало отличается от скорости сокращения ледников Главного Кавказского хребта (0,6% для центрального и 0,4% для западного участков хребта), несмотря отмеченные выше различия в строении и особенностях режима ледников .
Сокращение ледников Эльбруса сопровождается смещением границ зон льдообразования, вытаиванием новых участков лавовых гряд, увеличением площади свободной ото льда поверхности ниже границ питания ледников, проходящей в среднем на абс. высоте 4000 м .
Понижение высоты поверхности в области границы питания тестового ледника Гарабаши за последние 10 лет достигло 9 м. Только за лето 2010 г. ледник потерял около 2,5 м льда в водном эквиваленте. Эта величина почти вдвое превышает средний показатель за последние десять лет. Годовой баланс массы ледника Гарабаши за последнее десятилетие значительно сократился, что определяется в первую очередь уменьшением величины аккумуляции. По данным метеостанции Терскол, находящейся вблизи ледника в долине, зимние осадки неуклонно снижаются .
Это было особенно заметно после максимума в 2006 г., когда зимой выпало 950 см в.э. снега. В 2012–2014 гг. за зиму выпадало в среднем всего 470 см в.э. осадков. Это близко к минимальному значению в ряду 30-летних наблюдений, соответствующих всему последнему климатическому периоду. С другой стороны, процессы таяния несколько задерживаются ростом летних снегопадов.
Летний баланс массы на леднике в целом за весь период наблюдений уменьшился. За последние 30 лет летние температуры воздуха по данным метеостанции Терскол возросли на 1,5 оС, однако в последние годы, после аномально жаркого лета 2010 года, температуры заметно понизились . Это ещё раз подтверждает, что в последние 3–4 года резко отрицательные значения годового баланса массы определяются не столько летним таянием, сколько малым количеством зимнего снега на леднике. Из-за малого количества снега рано сходит снежный покров на леднике и открывается поверхность льда, коэффициент таяния которой выше по сравнению со снежной поверхностью. Это приводит к дополнительному увеличению таяния во второй половине лета.
Отступание языков ледников. Чтобы определить динамику сокращения оледенения, мы сравнили изменения границ ледников за два временных интервала – 1987–2001 и 2001–2010 гг. (Носенко и др., 2013). Положение фронта ледника – весьма чувствительный индикатор изменения внешних условий на таком относительно коротком временнóм интервале как десятилетие. Период 2001–2010 гг. был обеспечен повторными съёмками ASTER. Для оценки скорости отступания фронтальных частей ледников за предыдущий период времени использовались аэрофотоснимки, сделанные 25 и 26 сентября 1987 г. Оценку проводили на основе выборки из 28 долинных ледников, расположенных на северном и южном склонах Главного Кавказского хребта, а также на юго-восточном склоне Эльбруса. В неё вошли в основном долинные и сложно-долинные ледники длиной от 2 до 12 км. Фрагменты аэрофотосъёмки, включавшие изображения языков ледников, были интерактивно трансформированы c использованием наземных контрольных точек, опознаваемых на снимках ASTER 2001 г., и программного обеспечения ERDAS 8.7 (RMSEху = ±6,5 м). Величина отступания языка ледника измерялась вдоль линий тока в нескольких точках линии фронта и для сравнения использовалось среднее значение
Результаты измерений показали, что все 28 ледников, вошедших в выборку, отступали в эти промежутки времени . Суммарные величины отступания с 1987 по 2010 г., в зависимости от размеров, морфологии и высоты положения языка ледника, лежат в диапазоне от 50 до 500 м. Сложные долинные и крупные долинные ледники с низко спускающимися по долинам языками сократились наиболее заметно, например, ледник Большой Азау – на 500 м .
Отчленение притоков у сложных ледников лишает основной поток части питания, что усиливает его деградацию. Примером могут служить ледники Шхельда (отступил на 300 м), Чалаат (отступил на 240 м), Лекзыр (отступил на 490 м). Рис. 53, б иллюстрирует снижение активности центральной ветви ледника Лекзыр и распад места слияния притоков – «Лекзырского Креста» – на отдельные составляющие. На концах таких языков образуются большие массивы мёртвых льдов, при таянии которых ледник теряет скачком значительную часть площади. Результаты полевых наблюдений грузинских гляциологов подтверждают полученные цифры (Tielidze, 2015б).
Фронт ледников, у которых языки располагаются на больших высотах, отступает более равномерно. Примером может служить ледник Гарабаши, оканчивающийся на высоте 3250 м . Каровые и висячие ледники обладают относительной устойчивостью: первые – за счёт постоянства метелевого и лавинного питания, вторые – из-за преимущественно высокого их положения. Однако и они деградируют в годы такого интенсивного таяния, хотя из-за особенностей их морфологии изменение границ происходит менее заметно.
При сравнении средних скоростей отступания ледниковых языков внутри этого временнóго интервала установлено, что с 1987 по 2001 г. ледники бассейна р. Баксан отступали со средней скоростью 6,4 м/год, а с 2001 по 2010 гг. скорость отступания возросла почти вдвое и составила 13,0 м/год. На южном склоне Главного Кавказского хребта в бассейне р. Ингури ледники отступали медленнее, но соотношение скоростей отступания в эти периоды было более высоким – 2,9 и 9,9 м/год.
Для выяснения причин такого поведения ледников был проведён анализ изменения основных климатических показателей – температуры воздуха и осадков, а также баланса массы тестового ледника Гарабаши, для которого существует непрерывный ряд наблюдений с 1983 г. и реконструкция за предыдущий период с 1905 г. (Рототаева и др., 2003).
Из графика изменения кумулятивного баланса массы ледника Гарабаши следует, что аналогичная ситуация наблюдалась в 50-х годах прошлого столетия. Эти годы отмечены самыми низкими с начала века значениями отрицательного баланса массы ледника. По данным метеостанции Терскол и других кавказских станций, в это десятилетие наблюдались рекордно высокие температуры летних месяцев.
В 1960-х годах наступили более благоприятные для ледников Кавказа условия – значительное увеличение снежности и падение летних температур воздуха. По наблюдениям на Эльбрусе (ледник Гарабаши) и северном склоне Казбека (ледник Колка), в 1960–70-е годы зимние осадки оказались максимальными за вековой период при слабом таянии, годовой баланс массы сохранял положительные значения. Следующие два десятилетия баланс массы Гарабаши был в среднем близок к нулю. Ледники южного склона Эльбруса получали много осадков, ледники Гарабаши и Терскол почти не отступали в 1960–90-х годах (Рототаева и др., 2003).
В целом за 1965–1990 гг. на фоне продолжающегося общего отступания ледников Кавказа для многих из них была отмечена стабилизация или незначительное продвижение фронта. Если средняя скорость отступания ледников в центральной части Северного Кавказа в 1930–60-е годы превышала 14 м/год, то в 1970–80-е она уже составляла менее 6 м/год (Панов, 1993). У крупных сложных долинных ледников, вследствие замедленной реакции на улучшение условий питания, она снижалась позже – в 1980–90-е годы.
Но уже к концу периода 1987–2002 гг. измерения по космическим снимкам ASTER и Международной космической станции показали значительное отступание языков почти всех ледников Эльбруса, а также 65 крупных ледниках Центрального Кавказа. Больше всего сократились языки ледников Караугом (почти на 600 м); Шаурту, Рцывашки, Мидаграбин (около 300 м); Шхельды и Башиль – более 200 м, Цея и Сказка – 160 м. Этот период включал аномальные 1998–2001 гг., которые отличались катастрофическим таянием ледников на всём Кавказе и огромными потерями льда на ледниках Эльбруса (Рототаева и др., 2005).
В последние годы ХХ в. обширные устойчивые антициклоны, охватившие всю Европейскую часть России, вызывали особенно высокие летние температуры воздуха в горах Кавказа четыре года подряд (1998–2001 гг.). Средняя температура лета в Терсколе достигала 12,5 оС, что было сравнимо лишь с 1950-ми годами. Таяние на протяжении этих летних сезонов было катастрофическим. Годовой баланс массы ледника Гарабаши за четыре аномальных года составил в среднем –104 см в.э.; ледник в целом потерял слой в 4 м в.э., причём на языке – больше 8 м. В области питания сместились границы зон льдообразования, вытаяли новые участки лавовых гряд.
Период катастрофического таяния 1998–2001 гг. был ненадолго прерван более снежными годами с холодными летними периодами (2002–2005 гг.), что привело хотя и к близким к нулю, но всё же положительным значениям баланса массы ледника (Рототаева и др., 2009). Но в последующие годы баланс массы ледника продолжает оставаться отрицательным. В настоящее время величина кумулятивного баланса опустилась ниже минимального за последнее столетие значения, наблюдавшегося в 1950-е годы.