авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

Криоморфогенез и литодинамика прибрежно-шельфовой зоны морей восточной сибири

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Григорьев Михаил Николаевич

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. П.И. Мельникова 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 М.В. Ломоносова

Защита состоится «21» октября 2007 г. в 9.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 003.025.01 при Институте мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН по адресу: 677010, Якутск, ул. Мерзлотная, 36, Институт мерзлотоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова 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: 8-4112-334-476 или электронной почтой: mpi@ysn.ru

Автореферат разослан « » сентября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к.г.н. М.М. Шац

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 2004-2007 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. П.И. Мельникова 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 1982-2007 гг. под руководством и непосредственном участии автора на арктическом побережье Якутии и шельфе морей Лаптевых и Восточно-Сибирского в составе 23-х экспедиций.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.