Проект РНФ 3 29-27-00181
ПРОЕКТ РОССИЙСКОГО НАУЧНОГО ФОНДА № 19-17-00181
Горы занимают значительную часть территории Российской Федерации. При этом горы Кавказа являются наиболее густо населённым регионом, а также территорией, важной в связи co значительным числом лечебных и оздоровительных курортов, большими площадями сельскохозяйственных угодий (преимущественно, пашен, садов и виноградников в предгорной зоне и пастбищ в низкогорно-среднегорной зонах) объектов добычи и переработки полезных ископаемых и промышленного производства. В природном отношении горы Кавказа также имеют большое значение. Здесь представлены по существу почти все природные зоны мира за исключением тропиков, начиная от влажных субтропиков Черноморского побережья и заканчивая ледниками Большого Кавказского хребта. Интенсивность процессов эрозии и аккумуляции в различных высотных поясах Кавказа и их изменения во времени являются отражением климатических флуктуаций и антропогенного пресса, усиливающегося в последние десятилетия. Возрастающая повторяемость экстремальных событий, связанных с формированием катастрофических паводков, прохождением мощных разрушительных селей, во многом обусловлена сочетанием климатических изменений и в отдельных случаях антропогенного воздействия на речные водосборы. Вклад природно-антропогенных факторов в формирование стока наносов рек неодинаков в различных высотных зонах Кавказа. Он во многом зависит от интенсивности выветривания и набора характерных для данной высотной зоны экзогенных процессов.
Цель проекта – количественно оценить темпы ведущих процессов денудации, их долевой вклад в формирование стока наносов рек и выявить влияние изменений климата, как современных, так и наблюдавшихся в течении голоцена, и антропогенного воздействия для различных высотных поясов Кавказа на тренды усиления или ослабления скоростей перераспределения рыхлообломочного материала. Исследования проводятся по трём направлениям:
1) Изучение темпов современных экзогенных процессов и путей доставки рыхлообломочного материала в постоянные водотоки и водоёмы для ключевых водосборах, расположенных в различных высотных зонах Кавказа;
2) Оценка интенсивности денудации и её изменений за последние 100 лет и факторов, её определяющих, на основе данных по стоку наносов рек;
3) Реконструкция изменений темпов денудации среднегорно-высокогорного пояса Кавказа за различные интервалы времени внутри голоцена на основе детального изучения колонок донных отложений горных озёр и геолого-геоморфологического изучения водосборов данных озёр.
Изучение темпов современных экзогенных процессов и путей доставки наносов в постоянные водотоки и водоёмы
В качестве ключевых объектов для детальных исследований были выбраны: в предгорьях Кавказа – водосбор пруда Песковского, расположенный в бассейне р. Юца (приток р. Малки) (Рис.1); в низкогорно-среднегорной зоне: водосбор озера Гитче-Гижгит (бассейн р. Гижгит, приток р. Баксан) (Рис.2); малые водосборы в бассейне р. Мзымты (Рис.3), расположенные на склоне хребта Аигба в районе расположения объектов горного кластера Олимпиады-2014; в высокогорном поясе: водосбор р. Джанкуат (приток р. Адыл-су, бассейн р. Баксан (Рис.4) и водосбор озера Донгуз-Орун (Рис.5). На водосборах использовались разные подходы к изучению процессов денудации в зависимости от набора ведущих экзогенных процессов. Так на водосборе пруда Песковского основными являются процессы водной эрозии на пахотных землях. Для оценки их интенсивности оценивались темпы аккумуляции в различных ловушках наносов внутри водосбора. Для этого использовался радиоцезиевый метод, позволяющий определить темпы аккумуляции за период с
1986 г (Чернобыльские выпадения цезия-137 в мае 1986 г.). Вынос наносов за пределы водосбора определялся по накоплениям отложений в пруду. Также оценки темпов перераспределения наносов проводились на основе использования расчётов по эрозионным моделям. С 23 мая 2021 на водосборе установлена автоматическая метеостанция, которая передаёт информацию в онлайн режиме. Так как основной блок исследований на данном водосборе согласно плану работ по проекту пришёлся на 2021 год, полученные результаты обобщаются и готовятся к публикации.
На водосборе Гитче-Гижгит основную роль в современной денудации играют процессы плоскостного и ручейкового смыва, линейной эрозии на склонах с различным проективным покрытием и обвально-осыпные процессы. На данном водосборе проводится мониторинг данных процессов с использованием набора методов: наземного лазерного сканирования, съёмок с БПЛА и для эрозионной площадки – метода шпилек. Измерения проводятся раз год в одни и те же сроки, что позволяет оценивать скорости процессов на годовой интервал. Первые результаты мониторинга показывают, что обвально-осыпные процессы малоактивны, а темпы плоскостного и ручейкового смыва и линейного размыва достаточно высокие на слабозащищённых травянистой растительностью участках склона, но при этом они сопоставимы с темпами переотложения наносов в пределах этих же участков, что указывает на то, что мощность временных потоков, формирующихся при выпадении дождей, невелика и они быстро насыщаются наносами. Невысокие темпы выноса продуктов денудации со склонов водосбора в гидрографическую сеть подтверждаются выявленными на основе оценок объёмов накоплений наносов в озере Гитче-Гиджит модулями стока наносов. На основе первых полученных результатов наблюдений подготавливается статья.
На малых водосборах склонах хребта Аигба, расположенных в районе горного кластера зимних олимпийских игр 2014 года в бассейне р. Мзымта, осуществляется мониторинг комплекса денудационных и аккумулятивных процессов с помощью повторных съёмок БПЛА. Кроме того, проанализирована степень трансформации рельефа и выявлены участки активизации процессов денудации для обширного полигона, охватывающего водосбор р. Сулимовский (приток р. Мзымты) и примыкающие к нему участки склона хребта Аигба за период с момента начала строительства объектов горного кластера олимпиады-2014 и до настоящего момента. Более подробно полученные результаты представлены в статьях Шварёв и др., 2020а,б; 2021; Shvarev et al., 2021; Харченко, Шварев, 2019.
Наиболее обширный комплекс исследований по оценке современных процессов денудации и перераспределения наносов, включая мониторинговые наблюдения выполняется на водосборе р. Джанкуат. Это связано с тем что здесь процессы денудации идут наиболее активно и целый ряд экзогенных процессов активно участвует в общей денудации и поступлении наносов в русло р. Джанкуат. В частности, для данного водосбора была проведена оценка объёмов выноса материала за счёт формирования прорана в правой боковой морене (Рис.6), связанного с выпадением аномального количества дождевых осадков и его дальнейшего развития за период с 2015 года по настоящее время, а также определён долевой вклад различных источников наносов в сток наносов р. Джанкуат. Часть результатов проведённых исследований нашли своё отражения в опубликованных статьях Tsyplenkov et al., 2020; Kharchenko et al., 2020; Tsyplenkov et al., 2021, Кедич и др., 2022.
Комплекс наблюдений за развитием процессов денудации и аккумуляции на водосборе озера Донгуз-Орун включает оценку трансформации рельефа и перераспределения рыхлообломочного материала с использованием ряда традиционных (геоморфологическое и морфодинамическое картирование, метод шпилек) и современных (повторные съёмки с БПЛА, использование метода «отпечатков пальцев» или fingerprinting, построение карт связности потоков наносов и др. ) исследований. Учитывая, что данный водосбор имеет достаточно сложный рельеф и материал с водосбора поставляется в озеро из двух независимых друг от друга водосборов и при этом до момента поступления в водоём переоткладывается в дельте (рис.7), необходимо всесторонне изучить потоки вещества, зоны аккумуляции, а также оценить темпы накопления донных отложений в самом водоёме. Полученные результаты в настоящее время частично опубликованы (Kuzmenkova et al., 2020) и обобщены. В стадии подготовки находитсья одна статья.
Реконструкция изменений темпов денудации среднегорно-высокогорного пояса Кавказа за различные интервалы времени внутри голоцена
В качестве объектов исследования были выбраны: 1) озеро Хуко, расположенное на Западном Кавказе на главном водоразделе Большого Кавказа; 2) озеро Хорлакель, расположенное к юго-востоку от главной вершины Большого Кавказа г. Эльбрус (Рис.8); 3) озеро Донгуз-Орун, расположенное в непосредственной близости от г. Эльбрус .
Основная цель исследований по данному направлению состоит в реконструкции изменений темпов денудации за период голоцена в среднегорно-высокогорном поясах Большого Кавказа. Подобные оценки должны базироваться на детальном изучении кернов донных отложений с датировками различных пачек и анализе рельефа и геолого-геоморфологического строения водосборов озёр с учётом возможных изменений площади водосбора из-за перестроек гидрографической сети. Наиболее простым в этом отношении является водосбор озера Хуко, так как оно расположено практически на главном водоразделе Большого Кавказского хребта в его западной части и имеет очень компактный водосбор. При этом само озеро имеет также небольшие размеры. Некоторые результаты исследований, выполненных на данном объекте изложены в опубликованных статьях (Kuzmenkova et al., 2020; Grachev et al., 2021 и др.). Озеро Хорлакёль гораздо более сложный объект, что связано с его расположением на тектонической ступени с относительно небольшими для горных территорий уклонами в зоне с активной сейсмотектонической деятельностью. Подобное расположение озёра, а также достаточно большая, как минимум, в отдельные периоды голоцена, площадь его водосбора, существенно осложняет интерпретацию полученных на основе изучения керна донных отложений результатов. Хотя выделяются чётко выраженные периоды резкой активизации процессов денудации, чередующиеся с периодами существенного снижения темпов экзогенных процессов на водосборе, следует дождаться результатов датировок образцов органического вещества, отобранного на водосборе для определения этапов развития рельефа на водосборе и вероятных изменений направления потоков наносов, что сказывалось на вероятных изменениях площади водосбора озера.
В первый год выполнения проекта был отобран керн донных отложений озера Донгуз-Орун общей длиной 180 см. Отбор керна проводился с специально оборудованного катамарана (Рис. 9). В связи с по-своему уникальностью керна , отобранного из высокогорного озера Кавказа, в связи с его большой длиной, было принято решение отправить керн в европейскую лабораторию для проведения на начальном этапе аналитических исследований ненарушенного керна. Была достигнута договорённость с Лабораторией университета Савойи , Франция, которая является
одной из ведущих в мире по проведению аналитических работ с озёрными кернами и располагает уникальным лабораторным оборудованием, о проведении совместных аналитических работ в 2020 году. Однако из-за пандемии COVID-19 до настоящего времени не представилось возможности командировать исполнителей проекта из ИГ РАНа во Францию.
Оценка интенсивности денудации и её изменений за последние 100 лет и факторов, её определяющих, на основе данных по стоку наносов рек
Для решения данной задачи была собрана база данных по стоку наносов рек на гидрологических постах Большого Кавказа, Закавказья и Предкавказья, включающая в общей сложности 257 гидрологических постов со среднемедианной продолжительностью наблюдений 18 лет (https://github.com/atsyplenkov/caucasus-sediment-yield2021[M1] ). Также были собраны данные об основных факторах, определяющих сток наносов рек и их изменениях во времени. Получены результаты о минимальных, поскольку наблюдения проводятся только за стоком взвешенных наносов, темпах денудации Кавказа и Закавказья (Tsyplenkov et al, 2019); влиянии различных факторов на модули стока наносов рек, дренирующих различные высотные и ландшафтные зоны Кавказа и Закавказья ( Golosov & Tsyplenkov, 2021). Для бассейна р. Терек исследованы тренды изменения стока наносов, как отражение изменений темпов денудации за последние 100 лет и выявлены основные факторы, влияющие на эти изменения (Tsyplenkov et al., 2021).
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ПРОЕКТУ РНФ №19-17-00181
- 2019
1) Голосов, В.Н., Шварев, С.В., Цыпленков, А.С. (2019) Методические подходы к оценке темпов денудации в горах. Проблемы региональной экологии и географии. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию конструктора М.Т. Калашникова и 100-летию профессора С.И. Широбокова. C. 14-17.
2) Kuzmenkova N., Ivanov M.M., Grachev A., Rozhkova A., Golosov V. (2019) Application of natural and artificial radionuclides for exploration of sedimentation in the lake Huko (West Caucasus). 5th International Conference on Environmental Radioactivity: Variations of Environmental Radionuclides (ENVIRA 2019, 8-13 September 2019, Prague, Czech Republic). Book of Abstracts, ID 211.
3) Tsyplenkov, A., Vanmaercke, M., Golosov, V. (2019) Contemporary suspended sediment yield of Caucasus mountains. Proceedings IAHS 381, 87-93.
4) Цыпленков, А.С., Голосов, В.Н., Чалов, С.Р. (2019) Идентификация долевого вклада различных источников в сток взвешенных наносов малых горно-ледниковых рек. Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях: Материалы V Всероссийской научной конференции с международным участием (г. Москва, МГУ имени М. В. Ломоносова, 3–6 сентября 2019 г.), c. 394-396.
- 2020
5) Харченко, С.В. (2020) Новые задачи морфометрии рельефа и автоматизированные морфологические классификации в геоморфологии. Геоморфология 1, 3-21.
6) Харченко, С.В., Шварев, С.В. (2020) Прогнозирование оползневой опасности в окрестностях Красной Поляны на основе линейного дискриминантного анализа. Вестник Московского университета. Серия 5. География. Т. 3, с. 22-33.
7) Голосов В.Н. (2020) Проблемы и возможности оценки поступления наносов с водосборных бассейнов горных рек. Тридцать пятое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Курск, 6-8 октября 2020 г.), с. 82-83.
8) Голосов, В.Н., Кузнецова, Ю.С., Иванова, Н.Н., Цыпленков, А.С., Ботавин, Д.В., Иванов, М.М. (2020) Геоморфологические последствия и гидрометеорологические предпосылки экстремального паводка в бассейне р. Цанык, район Большого Сочи. Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита. Труды 6-й Международной конференции (Душанбе-Хорог, Таджикистан). Ред. С.С. Черноморец, К.С. Висхаджиева, т. 1, с. 438-445.
9) Грачев А.М., Голосов В.Н. (2020) Оценка темпов палеоденудации в горах: основные подходы и результаты. Известия Российской академии наук. Серия географическая. 84, 704-714.
10) Кедич, А.И., Харченко, С.В., Голосов, В.Н., Успенский, М.И. (2020) Рельефообразование в прогляциальных зонах: его специфика, проблемы и перспективы изучения. VIII Щукинские чтения: рельеф и природопользование. Материалы Всероссийской конференции с международным участием (Москва, 28.09-1.10.2020), с. 174-180.
11) Kuzmenkova N.V., Ivanov M.M., Alexandrin M.Y., Grachev A.M., Rozhkova A.K., Zhizhin K.D., Grabenko E.A., Golosov V.N. (2020) Use of natural and artificial radionuclides to determine the sedimentation rates in two North Caucasus lakes. Environmental Pollution 262, Article number 114269.
12) Успенский М.И., Харченко С.В., Голосов В.Н., Шварев С.В., Кедич А.И. (2020) Влияние антропогенной трансформации горных ландшафтов на активизацию эрозионных и селевых процессов: количественная оценка на примере малого водосбора в бассейне р. Мзымты. VIII Щукинские чтения: рельеф и природопользование. Материалы Всероссийской конференции с международным участием (Москва, 28.09-1.10.2020), с. 536-542.
13) Kharchenko, S., Tsyplenkov, A., Petrakov, D., Golosov, V. (2020) Causes and consequences of the streambed restructuring of the Koiavgan Creek (North Caucasus, Russia). E3S Web of Conferences 163, 02003, p. 1-6.
14) Tsyplenkov, A., Vanmaercke, M., Golosov, V., Chalov, S. (2020) Suspended sediment budget and intra-event sediment dynamics of a small glaciated mountainous catchment in the Northern Caucasus. Journal of Soils and Sediments 20, 3266-3281.
15) Tsyplenkov, A., Kharchenko, S., Vanmaercke, M., Golosov, V. (2020) Application of geomorphological mapping and fingerprinting to identify the different suspended sediment sources of the glaciated Djankuat catchment, Caucasus mountains. Geophysical Research Abstracts (European Geosciences Union General Assembly 2020). Vol. 22, Abstract #EGU2020-385.
16) Shvarev, S., Golosov, V., Kharchenko, S. (2020) Landslide susceptibility prediction by supervised Kohonen network on classic and spectral geomorphometric variables (case study of the Krasnaya Polyana resort, Russia). Geophysical Research Abstracts (European Geosciences Union General Assembly 2020). Vol. 22, Abstract #EGU2020-20234.
17) Шварев, С.В., Харченко, С.В., Голосов, В.Н. (2020) Активизация селевых процессов на малых водосборах, дренирующих хр. Аибга в связи с инженерным освоением территории курорта Роза-Хутор. Сборник докладов международной научной конференции «Четвертые Виноградовские чтения. Гидрология: от познания к мировоззрению», с. 372-377.
18) Шварев С.В., Харченко С.В., Голосов В.Н., Успенский М.И. (2020) Количественная оценка антропогенного воздействия на активизацию селевых процессов в малых водосборах хр. Аибга (район пос. Красная Поляна). Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита. Труды 6-й Международной конференции (Душанбе-Хорог, Таджикистан). Ред. С.С. Черноморец, К.С. Висхаджиева, т. 1, с. 529–540.
19) Шварев, С., Харченко, С., Голосов, В., Успенский, М. (2020). Причины и последствия техногенной активизации селей в 2006-2019 гг. на водосборе притока руч. Сулимовский (район пос. Красная Поляна, Западный Кавказ). Геориск 14, 66-76.
- 2021
20) Grachev, A.M., Novenko, E.Y., Grabenko, E.A., Alexandrin, M.Y., Zazovskaya, E.P., Konstantinov, E.A., Shishkov, V.A., Lazukova, L.I., Chepurnaya, A.A., Kuderina, T.M., Ivanov, M.M., Kuzmenkova, N.V., Darin, A.V., Solomina, O.N. (2021) The Holocene paleoenvironmental history of Western Caucasus (Russia) reconstructed by multi-proxy analysis of the continuous sediment sequence from Lake Khuko. Holocene 31, 368-379.
21) Грачев, А.М., Голосов, В.Н. (2021) Современная денудация в горах и ее вклад в глобальную денудацию суши. Известия РАН. Серия географическая. Т. 85, с. 49-58.
22) Харченко, С.В., Федин, А.В., Голосов, В.Н. (2021) Темпы денудации в перигляциальных областях высокогорий: методы и результаты исследований. Геоморфология 52, 3-18.
23) Tsyplenkov, A., Golosov, V., Belyakova, P. (2021) How did the suspended sediment load change in the North Caucasus during the Anthropocene? Hydrological Processes 35, Article number e14403.
24) Шварев, С.В., Харченко, С.В., Голосов, В.Н., Успенский, М.И. (2021) Количественная оценка факторов активизации селей в 2006-2019 годах на склоне хребта Аибга (Западный Кавказ). География и природные ресурсы 42, 41-50.
25) Shvarev, S.V., Kharchenko, S.V., Golosov, V.N., Uspenskii, M.I. (2021) A Quantitative assessment of mudflow intensification factors on the Aibga ridge slope (Western Caucasus) over 2006–2019. Geography and Natural Resources 42(2), 122-130.
26) Tsyplenkov, A., Vanmaercke, M., Collins, A.L., Kharchenko, S., Golosov, V. (2021) Elucidating suspended sediment dynamics in a glacierized catchment after an exceptional erosion event: The Djankuat catchment, Caucasus Mountains, Russia. Catena 203, Article number 105285.
27) Golosov V., Tsyplenkov A. (2021) Factors Controlling Contemporary Suspended Sediment Yield in the Caucasus Region. Water 13, Article number 3173.
28) Беляев В.Р., Луговой Н.Н., Иванов М.М., Турыкин Л.А., Школьный Д.И., Харченко С.В. (2021) Опыт использования беспилотных летательных аппаратов в геоморфологических и гидрологических исследованиях. Тридцать шестое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Ижевск, 11-15 октября 2021 г.): Доклады и краткие сообщения, с. 47-49.
29) Голосов В.Н., Цыпленков А.С., Федин А.В., Иванов М.М., Харченко С.В.,
Александрин М.Ю. (2021) Специфика формирования стока наносов на водосборе пруда Песковского. Тридцать шестое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Ижевск, 11-15 октября 2021 г.): Доклады и краткие сообщения, с. 79-81.
30) Кедич А.И., Успенский М.И., Харченко С.В., Голосов В.Н. (2021) Количественные оценки трансформации рельефа в днище долины руч. Джанкуат (Кабардино-Балкария). Тридцать шестое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Ижевск, 11-15 октября 2021 г.): Доклады и краткие сообщения, с. 102-104.
31) Kedich A., Uspensky M., Tsyplenkov A., Kharchenko S., Golosov V. (2021) Sediment connectivity in the Koiyavgan glacier’s cirques (Adyl-Su river basin, Caucasus, Russia). EGU General Assembly 2021, Abstract number EGU21-16175
32) Tsyplenkov A., Golosov V. (2021) How does the suspended sediment yield change in the North Caucasus during the Anthropocene? EGU General Assembly 2021, Abstract number EGU21-16067.
33) Грабенко Е.А., Иванов М.М., Кузьменкова Н.В., Грачев А.М.,Голосов В.Н. (2021) Использование антропогенных радионуклидов для оценки перераспределения наносов на высокогорных лугах Кавказа. Фундаментальные и прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий. Материалы VI Международной научно-практической конференции (Майкоп 17.05 – 21.05. 2021 г.). Часть 1. с. 65-74
- 2022
34) Грачев, А.М., Голосов, В.Н. (2022) Роль глобального горообразования и денудации в кайнозойском похолодании климата. Геоморфология, № 1.
35) Кедич, А.И., Голосов, В.Н., Харченко, С.В. (2022) Экзогенные процессы в
прогляциальных зонах гор: количественные оценки и их точность. Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. (В ПЕЧАТИ)