Геоморфология и палеогеография, 2021, T. 52, № 3, стр. 116-124

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

21–23 августа 2019 г. в ходе экспедиции “Открытый океан: архипелаги Арктики. Северная Земля – 2019” (начальник – М.В. Гаврило) на научно-исследовательском судне (НИС) “Профессор Молчанов” Северного управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (капитан С.В. Хохлов) авторам данного сообщения удалось посетить район островов. Высадиться на о-в Визе оказалось невозможным из-за шторма и полосы битого льда, окаймлявшей остров (съемку с квадрокоптера Н.Н. Луговой вел с моторной лодки). Недоступны для высадки были и вертикальные ледяные уступы на о-ве Ушакова высотой до 45 м (рис. 1).

Рис. 1.

Ледяной уступ о-ва Ушакова, над которым в 1954–2019 гг. располагалась полярная станция. Сейчас от нее остались в основном бочки (на первом плане), строения упали в море в результате разрушения уступа. Поверхность ледника расчленена ледниковыми руслами, на клифе видны водопады. Аэрофото с квадрокоптера, оператор Н.Н. Луговой, 23.08.2019 г.

При подготовке текста были использованы наблюдения с борта судна; анализ космических снимков; материалы полярных станций о-вов Визе и Ушакова (шесть отчетов за 1945–1959 гг. общим объемом около 1500 л., хранящиеся в Российском государственном архиве экономики (РГАЭ); фонд Главного управления Северного морского пути – ГУСМП); а также другие материалы по истории станций [6].

Для выявления динамики береговой линии использовались топографическая карта 1957 г. м-ба 1:200 000 и космические снимки Landsat из архива Геологической службы США [7]. Современная ситуация охарактеризована на основе снимков OLI/Landsat-8 из того же архива и Sentinel-2 [8]. Было отобрано более 10 малооблачных снимков теплого периода (1986–2019 гг.), на которых острова можно отделить от морских льдов. Пространственное разрешение снимков: 10 м (Sentinel-2), 15 и 30 м (Landsat 7, 8), до 30 м (Landsat 5).

На первом этапе обработки пришлось преодолевать трудности совмещения разновременных данных ввиду недостаточной точности пространственной привязки снимков Landsat 5 (1986–2008 гг.). Данные на малые арктические острова предоставляются с уровнем обработки L1GS, не скорректированные по рельефу и практически не обеспеченные наземными опорными точками [9]. Поэтому привязка архивных снимков осуществлялась вручную на основе однозначно опознаваемых точек в пределах каждого из островов. Дополнительную коррекцию обеспечили снимки OLI/Landsat-8 (уровень обработки L1GT) с обоими островами, например, от 18 августа 2019 г. Однако ввиду малого количества необходимых точек ошибка в определении пространственного положения объектов оказалась в целом не менее 1 пиксела, т.е. 30 м, а при расположении объектов на разновременных снимках – до 50 м. Для снимков OLI/Landsat-8 ошибка пространственного положения – около 12 м.

23 августа 2019 г. с борта судна квадрокоптером JI Phantom 4 PRO V2.0 Н.Н. Луговой провел аэрофотосъемку берега о-ва Ушакова возле бывшей полярной станции. На ее основе построены ортофотоплан и цифровая модель местности. Сопоставление с космоснимком MSI/Sentinel-2 от 21.08.2019 показало относительную плановую погрешность в пределах 5 м – точность, достаточная для проведения измерений.

Интенсивность ведущих процессов разрушения арктических берегов – термоабразии, термоденудации, иногда термоэрозии – в значительной степени связана с климатическими флуктуациями [10 и др.]. Период с положительными среднесуточными температурами воздуха продолжается на островах не более двух-трех месяцев, в любое время года возможны заморозки. Среднемесячная температура воздуха около и немного выше 0°С только в июле. Снежный покров на о-ве Визе сохраняется в течение 9–10 мес, на о-ве Ушакова – часто круглогодично; в холодные годы снежники лежат все лето. Наибольшие скорости ветра наблюдаются в холодный период, бывают и ураганы со скоростью 40 м/с и более. Часты метели, даже летом.

Для оценки влияния изменения климатических условий на динамику берегов использовались следующие данные метеорологической станции о-ва Визе (79.48°с.ш., 76.98°в.д.): скорость и направление ветра, температура воздуха. В архиве ВНИИГМИ-МЦД [11] метеорологические наблюдения начинаются в 1955 г., наиболее полный ряд – с 1968 г. Поэтому дополнительно привлекались данные метеорологических реанализов ERA5 [12] за период c 1979 по 2019 г. и ERA-20C [13] за период с 1952 по 2010 г. с пространственным разрешением 0.25°. Из сеточных данных реанализов были выбраны узлы с координатами 80.75° N, 79.5° E для о-ва Ушакова и 79.25° N, 77° E – для о-ва Визе. Для скорости ветра выбранное временное разрешение данных реанализов составляло 3 ч, для температуры воздуха – 6 ч. На основании срочных наблюдений и реанализов были рассчитаны среднесуточные значения скорости ветра и температуры воздуха, а также суммы отрицательных и положительных температур за год – индексы замерзания и таяния [14], количество дней со среднесуточной температурой воздуха в диапазоне –2 – +2°С. Для косвенной оценки влияния морского волнения на разрушение берегов использовалась информация о скорости ветра: было определено количество дней с преобладанием сильного ветра (скорость более 10 м/с) за год в целом и за теплый (с положительными среднесуточными температурами воздуха) период. За дни с сильным ветром принимались те, в течение которых средняя скорость ветра за 6 ч превышала 10 м/с. Для о-ва Визе отдельно было рассчитано количество дней с сильным ветром южных румбов (110–258°), поскольку они вызывают особенно опасное для южной оконечности острова волнение.

ОТКРЫТИЕ ОСТРОВОВ

Известный полярник В.Ю. Визе предсказал существование острова [15] на основе анализа дневника наблюдений за погодой в 1912–1914 гг. шхуны “Святая Анна” экспедиции Г.Л. Брусилова, увлеченной льдами севернее Земли Франца-Иосифа. 13 августа 1930 г. с ледокольного парохода (л/п) “Г. Седов” (начальник экспедиции О.Ю. Шмидт, капитан В.И. Воронин) примерно в указанном районе экипаж увидел неизвестную низменную землю [16]. Большая группа членов экспедиции добралась до острова. В.Ю. Визе сказал о нем: “Много мне приходилось видеть полярных земель, но более безотрадного ландшафта, чем здесь, я еще никогда не встречал” [17, с. 112]. Он был разочарован небольшими размерами острова, так как считал, что препятствие для движения льдов должно быть крупнее.

Это недоумение рассеялось после Первой Высокоширотной экспедиции ГУСМП на л/п “Садко” (начальник экспедиции Г.А. Ушаков, капитан Н.М. Николаев). 1 сентября 1935 г. штурман А.Г. Шишкин определил, что перед носом парохода – остров, а не скопление айсбергов. Существование еще одной суши предсказал океанограф Вс. А. Березкин, наблюдая за приливами у о-ва Визе в 1932 г. На торжественном ужине приняли предложение Н.Н. Зубова назвать остров в честь Г.А. Ушакова. Он первым ступил на ледяной берег. Л.Л. Балакшин измерил глубину океана у края припая – 19 м, И.Д. Жонголович определил координаты острова и магнитное склонение. Открытие острова объяснило изгибы линии дрейфа “Святой Анны” [18].

Таким образом, и о-в Визе, и о-в Ушакова были открыты не случайно, а в результате блестящего океанографического прогноза опытных полярников В.Ю. Визе и Вс.А. Березкина.

ГЕОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСТРОВА УШАКОВА

Научные экспедиции добирались до острова весьма редко. В 1947–1948, 1955 и 1963 г. его посещали географ Я.Я. Гаккель, зоолог Г.Л. Рутилевский, гляциологи П.А. Шумский и Л.С. Говоруха, в 1948 и 1952 г. трест “Арктикразведка” провел аэрофотосъемку. Л.С. Говоруха рассчитал, что ледниковый купол ежегодно теряет примерно 1% объема (около 0.09 км³) [19].

Весной 1954 г. по личному указанию начальника ГУСМП В.Ф. Бурханова на о-ве Ушакова основали полярную станцию, первым начальником которой стал радист Е.Т. Ветров [20]. Закрыли ее 20 мая 1991 г.

В 1976 г. НПО “Севморгеология” (Ю.Г. Самойлович, И.П. Федоров, И.И. Рождественская и др.) провело на о-ве Ушакова десантную экспедицию с бурением [21]. В августе 2007 г. и сентябре 2008 г. остров облетели участники комплексных Высокоширотных экспедиций “Арктика–2007” и “Арктика–2008” на НЭС “Академик Федоров”. В 2008 г. геологам (начальник В.М. Анохин) удалось высадиться на выступившие изо льда скалы в центре острова. Несколько раз в 2012–2019 гг. на короткое время остров посещали авиационные орнитологические (М.В. Гаврило) и историко-географические экспедиции “По следам двух капитанов” (О.Л. Продан).

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ГЕОЛОГИЧЕСКОМ СТРОЕНИИ И РЕЛЬЕФЕ ОСТРОВА

Остров Ушакова – ледниковый купол, лежащий на мел-четвертичном цоколе неясной конфигурации, сложенном нижнемеловыми (апт-альбскими) песчаниками, алевролитами и песками. Скважины вскрыли под ледником также четвертичные морские песчано-галечные образования – продукты переотложения мезозойских пород [22, 23].

Учитывая наличие трех ледяных куполов и разделяющих их пологих седловин, можно предположить и неровности рельефа скального основания. В северной части острова из-под ледника вытаял останец, показанный на топографической карте скалой высотой 6 м; на геологической карте – моренной грядой [24]. На урезе воды из-подо льда показалась небольшая галечная коса [25], размытая к 2019 г., – нам ее обнаружить уже не удалось.

ДИНАМИКА БЕРЕГОВ О-ВА УШАКОВА

Берега о-ва Ушакова целиком ледяные. Первооткрыватели отметили, что непосредственно под ледяным уступом он опоясан гладким припаем, высота подошвы которого до 3 м, и она несет следы размыва в виде волноприбойных ниш. Тогда же существовали отлогие берега, и участники высадки смогли не только высадиться на припай, но и подняться на ледник без помощи альпинистской техники.

Зимовщики полярной станции с самого начала видели обрушение ледяных обрывов [20], припай обычно отрывало (не каждый год) в середине-конце августа. В январе на него можно было уже спускаться, т.е. лед снова устанавливался.

В дни с положительными температурами ледник интенсивно таял, при этом формировались ледяные русла. Так, летом 1984 г. температура достигла “невиданных ранее” +4°С [26]. В период интенсивного таяния мачты флюгеров, метеобудки, осадкомер сильно накренялись, их все время приходилось переставлять. Из-за этого и снежных заносов пришлось два раза (в 1968 и 1978 г.) перемещать метеоплощадку.

По данным аэрофотосъемки 23 августа 2019 г. ледник был свободен от снежного покрова и изрезан многочисленными руслами шириной до 3 м и глубиной до 1 м. Потоки воды заканчивались водопадами на бровке клифа (рис. 1). Остатки отдельных конструкций, в том числе мачты и столбы с проводами, лежат на леднике, что говорит о снижении его поверхности в результате таяния. По ЦМР удалось измерить высоту ледяного клифа – 44–45 м. Так как изначальная высота станции над уровнем моря была около 59 м [20], то за 65 лет ее поверхность снизилась примерно на 15 м (в среднем 23 см/год). Эти данные хорошо сходятся с картой динамики ледника о-ва Ушакова [27, 28], согласно которой полярная станция находится в пределах контура со снижением поверхности 5–15 м за период с 1950-х до 2010-х годов. Однако эти данные противоречат топографической карте острова, построенной по материалам спутниковой съемки 2016 г. [5], на которой высота полярной станции 28 м над у. м.

Для острова характерны штормы. Так, в начале ноября 1959 г. ветер со скоростью 28 м/сек вызвал высокий накат, который разрушил кромку ледника, смыв лежавшие у основания уголь и дрова [20]. Осенние штормы, как правило, имели самые заметные последствия из-за отсутствия припая. Еще более сильный ураган (до 40 м/сек) в январе 1965 г. особых разрушений не принес.

По воспоминаниям зимовщиков 1950-х годов и участника экспедиции 2001 г. В.Н. Государева, на припай можно было легко спуститься не только зимой, но и летом. Припай целиком отрывало не каждый год, и штормовые волны не достигали краев самого ледника. Но в некоторые годы суда-снабженцы швартовались прямо к ледяным уступам. Ситуация изменилась в XXI веке.

В последние годы в северной части Карского моря количество дней с сильным ветром увеличивается как в целом за год, так и в теплый период (табл. 1). Максимум их отмечен в 2012 г., максимум в теплый период– в 2005 г. (рис. 2). Отличительная особенность ледового режима 2005 г. – многолетний лед к концу лета отсутствовал [29].

Рис. 2.

Количество дней с сильным ветром (больше 10 м/с) на о-ве Ушакова за год (а) и в течение теплого периода (б).

В 2019 г. нами было обнаружено, что домиков полярной станции, основанной в 800 м от края ледника [20], больше не существует: они упали в море (рис. 3). Следовательно, за 65 лет (1954–2019) средняя скорость отступания бровки ледяного клифа составляет 12.3 м/год. За период 1954–2011 гг. – всего 10.9 м/год, но за 9 лет (2011–2020) увеличилась до 27.8 м/год. Уступ со станцией, вероятно, обрушился совсем недавно, в 2018 г., так как она зафиксирована на космических снимках 2017 г. [5], а в августе 2019 г. ледяной клиф находился в 60 м дальше от моря, чем бывшие строения. Таким образом, за последнее десятилетие скорость разрушения ледяного берега о-ва Ушакова увеличилась в 2.6 раза. В результате в 2019 г. остров окружили вертикальные ледяные уступы высотой в десятки метров. Высадиться на берег, как это сделал в 1935 г. Г.А. Ушаков, стало невозможно.

Рис. 3.

Наложение ортофотоплана, построенного Н.Н. Луговым по съемкам с квадрокоптера, на космический снимок WorldView-1 2011 г. Юго-западный берег острова, район полярной станции.

Детальный анализ изменений площади ледникового купола о-ва Ушакова [5] показал, что с 1986 по 2017 г. его площадь уменьшилась на 36 км², причем максимальные скорости отступания отмечены в 2011–2013 гг. и в 2017 г. Наши исследования подтверждают выявленные тенденции (рис. 4, табл. 2). Данные за 2018–2019 гг. показывают ускорение разрушения ледяных берегов и уменьшение площади острова в среднем за 2002–2019 гг. на 230.8 га/год; за 2015–2019 гг. – 294 га/год. Из-за этого в последние десятилетия произошла смена подтипа ледяных берегов от ледяного барьера (низких клифов во льдах, держащихся на плаву) к ледяным стенам высотой в десятки метров [30].

Рис. 4.

Изменение очертаний берегов о-ва Ушакова по данным космических съемок. Прямоугольником отмечен участок, где находилась полярная станция.

Проблема отступания ледяных берегов давно известна в Антарктиде, где на них приходится около 90% береговой линии [31], причем около 55% – находящиеся на плаву, а остальные – уступы ледникового щита. Но в Антарктиде из-за ее гигантских размеров механизм отступания ледяных берегов другой: они ежегодно выдвигаются в море на 200 м в среднем (максимум – до 2 км/год), и обламываются сотнями айсбергов, размеры которых с 1960-х годов колеблются от десятков метров до десятков и даже сотен километров (максимум 6–11 тыс. км²). Ледяные берега также ежегодно теряют около 375 км³ за счет таяния погруженной в воду части. Понятно, что режимных наблюдений за отступанием ледяной кромки не ведется из-за размеров объекта. Ничего похожего нет на о-ве Ушакова, ледниковый купол которого лежит в основном на горных породах и движется медленнее из-за несравнимо меньшей мощности.

Для определения роли метеорологических факторов, вслед за Н.Н. Шабановой и соавт. [14], для каждого года мы рассчитали отклонения сумм положительных температур воздуха и количества дней с сильным ветром относительно среднего периода 1980–2000 гг. (Xi–Xср._{1980–2000 гг.}), которые затем были нормированы на стандартное отклонение. Период 1980–2000 гг. для расчета средних значений был выбран как относительно однородный. Такое нормирование позволяет сопоставить влияние изменений температуры и скорости ветра. В последнее десятилетие термический фактор значительно менялся год от года (рис. 5), оказав максимальное воздействие на динамику берегов в 2012 и 2016 г. Наибольшее воздействие ветрового фактора – в 2012 г.

Рис. 5.

Отклонения суммы положительных среднесуточных температур воздуха и количества дней со скоростями ветра больше 10 м/с от их среднего значения за период 1980–2000 гг., нормированные на стандартное отклонение для о-вов Визе и Ушакова.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, о-в Ушакова вплоть до конца XX века существовал в условиях слабо отрицательного (до 1% объема ежегодно) баланса льда, короткого безледного периода и долго державшегося припая, оберегавшего края ледника от штормовых волн. В начале XXI века ситуация изменилась: начала заметно расти температура воздуха, уменьшалась площадь морского льда, усиливалась штормовая активность в теплый период года. Края ледяного купола стали обламываться равномерно по периметру, уходить в море в виде айсбергов и отступать с возрастающей скоростью – до 27.8 м/год. Края ледникового купола снижаются примерно на 0.2 м/год. Ушла в море полярная станция, поставленная в 1954 г. в 800 м от края ледника. Изменился подтип ледяных берегов. Возможно, через несколько десятилетий будет возможно изучать рельеф коренного ложа острова, если оно не будет размыто.

Процессы катастрофического разрушения ледяных берегов о-ва Ушакова подтверждают общую для высоких широт тенденцию ускорения береговых процессов, особенно на участках, сложенных льдом или высокольдистыми породами. Данная тенденция – еще одна грань глобального изменения климата, приводящего к сокращению ледяного покрова и сроков его существования, усилению штормовой активности и другим, не совсем пока понятным последствиям.