Вестник РАН, 2022, T. 92, № 6, стр. 602-612

ИСТОРИЯ КЕРНОВОГО БУРЕНИЯ В НЕПОЛЯРНЫХ РАЙОНАХ

Одним из родоначальников современного кернового бурения в горах можно по праву считать Л.Г. Томпсона, который в 1970-х годах начал активное исследование неполярных регионов [8]. Первым проектом стало бурение ледника Келькайя в южном Перу в 1983 г., керн из которого датировался возрастом 1500 лет [9]. В течение последующих десятилетий география изучения высокогорных ледниковых кернов значительно расширилась. Исследования охватили Тибетское нагорье, Гималаи, Кордильеры, Перу, Боливию, Восточную Африку, Альпы, Аляску и северо-запад Соединённых Штатов, Алтай, Камчатку и Кавказ. В 2002 г. удалось получить самый глубокий ледниковый керн (460 м) в горах Св. Ильи на юго-востоке Аляски. В настоящее время керны льда получены фактически во всех горных районах мира включая тропические ледники Новой Гвинеи (рис. 1).

Рис. 1.

Положение основных точек бурения горных регионов (дополнено [8])

Вещества (аэрозоли и газы), обнаруживаемые в снегах и льдах инструментальными методами анализа, по сути отражают состав атмосферы в определённый период времени. Аэрозоли (твёрдые или жидкие частицы), которые поступают непосредственно с поверхности Земли, называют первичными аэрозолями. В выбросах первичных аэрозолей природного происхождения преобладает морская соль, кроме того, важное место занимают такие нерастворимые минеральные частицы, как пыль и вулканический пепел, частицы из дыма лесных пожаров. Антропогенные выбросы первичных аэрозолей образуются, как правило, в результате сжигания ископаемого топлива и биомассы [10].

Вторичные аэрозоли возникают при окислении в атмосфере многочисленных газов, выбрасываемых как природными, так и антропогенными источниками, – серы (диоксид серы, диметилсульфид), азота (монооксид азота, аммиак) и органических газов [11]. Преобладающей фракцией неорганического вторичного аэрозоля является смесь диоксида серы с аммиаком, причём происхождение этих аэрозолей может быть как природное, так и антропогенное. В настоящее время преобладают антропогенные источники происхождения диоксида серы за исключением вулканических районов в периоды извержений вулканов, когда происходят дополнительные мощные природные выбросы этого газа. Основные антропогенные источники аммиака – бытовые отходы животноводства, удобрения и сельскохозяйственные культуры.

Помимо происхождения, первичные или вторичные аэрозоли различаются по размеру частиц. Аэрозоли, состоящие из супермикронных частиц (1–10 мкм), легко повторно осаждаются вблизи источника происхождения (например, пепел). В отличие от них мелкодисперсные аэрозоли, состоящие из частиц субмикронного размера, могут переноситься к ледникам, далёким от регионов их происхождения. Всё это учитывается при интерпретации результатов исследований и позволяет реконструировать события прошлого.

Неорганические включения. Во многих случаях существенную долю от общей массы примесей в образцах льда составляют химические вещества, представляющие собой неорганические ионы (катионы и анионы) вместе с несколькими карбоксилатами. Основные ионные примеси в кернах льда можно разделить на категории по их типичным источникам [12, 13]. Среди морских ионов преобладают ионы растворимых солей, как правило, Na⁺ и Cl^– со значительным количеством ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ и Mg²⁺. С поверхности суши ионы поступают из пыли, переносимой ветром, в них преобладает Ca²⁺, также присутствуют Na⁺, Mg²⁺, ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ и K⁺. Значение антропогенных источников ионов возросло в результате промышленной революции и в основном влияет на концентрации ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$, NO^3– и ${\text{NH}}_{4}^{ + }$. Биогенные источники содержат такие ионы, как сульфонат метана (CH₃SO₃ или MSA), ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ , ${\text{NH}}_{4}^{ + }$ и формиат (HCOO). Другие антропогенные аэрозоли поступают в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива и биомассы, они включают чёрный углерод (BC) и органический углерод (ОС). В Гренландии было обнаружено значительное количество частиц микропластика [14]. Вулканические выбросы, хотя они и являются сложными с точки зрения химического состава, влияют преимущественно на концентрации ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ среди ионов, обнаруживаемых в ледниковых кернах.

С 1980-х годов стало возможным проводить качественный и количественный анализ большинства ионов с помощью метода ионной хроматографии (IC). Кроме того, эти данные позволяют определять кислотность льда как разницу между суммой анионов и суммой катионов. Соотношение между pH и кислотностью пробы талого льда нелинейно. Знание кислотности льда – ключевая информация для достижения многих научных целей, включая оценку артефактов при измерении СО₂ в пузырьках воздуха путём таяния образцов льда, понимание возможных процессов, вызывающих ремобилизацию примеси после выпадения снега и др. Метод является базовым при анализе ледниковых кернов.

Наиболее детально исследованы ледниковые керны Европейских Альп. С момента запуска первых программ по бурению ледников в этом регионе в 1970-х годах были исследованы многочисленные керны [15]. В результате получены исчерпывающие данные об антропогенном воздействии на химический состав высокогорных областей. Было доказано антропогенное влияние на химический состав снега на высокогорных ледниках в XX в. В частности, обнаружено увеличение концентрации основных ионов, связанных с атмосферными аэрозолями (${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$, NH^3– и ${\text{NH}}_{4}^{ + }$) [16].

Химический состав ледниковых кернов Белухи на Алтае характеризуется ионами, образующимися в основном из частиц минеральной пыли, вторичных аэрозолей антропогенного происхождения и биогенных выбросов. Все ряды по ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$, NH^3– и ${\text{NH}}_{4}^{ + }$ показывают антропогенный вклад, о чём свидетельствует повышение их концентрации во второй половине XX в. [17].

Состав ледникового керна с горы Музтаг-Ата (Памир, Китай) в основном определяется поступлениями пыли из обширных засушливых регионов Центральной Азии. Однако по сравнению c Ca²⁺ концентрации ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ и NO^3– увеличиваются быстрее после середины и конца 1970-х годов, что указывает на сильный антропогенный вклад [18]. Антропогенные выбросы NH^3– были реконструированы по данным ледниковых кернов, полученных в Гималаях [19] и в Тибете [20].

Развитие кернового бурения ледников в горах послужило началом более подробного изучения антропогенного загрязнения. Исследования горных регионов позволяют получать информацию о локальных источниках загрязнения [21]. За последние несколько лет работ по микроэлементному составу стало значительно больше, и это направление исследований становится всё более востребованным. Обзор работ по определению загрязнения атмосферы по данным ледниковых кернов приводится в работе [22]. Увеличение содержания микроэлементов в ледниках в течение XX в. подтверждается многими исследованиями. Повышенные концентрации целого ряда микроэлементов зафиксированы в Альпах [21, 23], в то же время во многих работах фиксируется уменьшение концентраций микроэлементов в последнее десятилетие вследствие принятия законов, ограничивающих выбросы.

Наиболее изученный в этом плане регион – Альпы. Было установлено, что содержание некоторых микроэлементов там практически не изменялось в течение XIX в., но с начала XX в. их концентрация увеличилась в 10 (Cu), 15 (Cd) и 30 (Zn) раз [24]. Данные о содержании Pb были использованы для реконструкции промышленных выбросов в различных регионах [22]. Исследования в Доломитовых Альпах показали, что V, Sb, Zn, Cd, Mo и Pb имеют в основном антропогенное происхождение, обусловленное использованием транспортных средств и близким расположением индустриальных районов. Однако содержание Fe, Mn, U и Ti зависит от состава коренных пород. Происхождение других микроэлементов определить сложнее: вероятнее всего, Ag имеет антропогенное происхождение, а Cr, Co, Cu и Ba поступают из коренных пород, но отличных от альпийских [25].

Немногочисленны данные о микроэлементах ледников тропических широт. В керне горы Иллимани зафиксировали рост концентрации по сравнению с доиндустриальным периодом таких элементов, как Cu, As, Zn, Cd, Co, Ni и Cr. Значительное превышение содержания тяжёлых металлов связано c ростом металлургического производства в Перу, Чили и Боливии [26].

Первые данные о микроэлементном составе ледников Центральной Азии, охватывающие длительный период (1950–2000), получены на восточном Памире. С середины 1960-х до начала 1990-х годов зафиксировано увеличение концентрации Sb в 3 раза и Bi в 2 раза [27]. По керну ледника в восточном Тянь-Шане установлено увеличение Cd, Sb, Bi, Tl и Sn в течение 1953–2004 гг. Это служит показателем активизации антропогенной деятельности, в первую очередь развития транспорта и увеличения выбросов выхлопных газов, роста промышленности в Китае, России и Казахстане [28].

Данные о микроэлементном составе в доиндустриальную эпоху были получены из керна горы Эверест на высоте 6518 м за период с 1650 по 2002 г. Современные концентрации большинства микроэлементов остаются на доиндустриальном уровне, однако содержание в кернах Bi, U и Cs увеличивалось с 1950 г., а S и Са – с 1980-х годов [29]. В 2012 г. учёные из Китая продолжили изучение микроэлементов ледниковой толщи Эвереста. Изучались такие микроэлементы, как As, Mo, Sn, Sb, Bi, U и Cs. Установлено, что причиной изменения их содержания является сжигание топлива и производство цветных металлов. Были получены первые данные за большой промежуток времени (1205–2002), которые показали, что вплоть до 1960-х годов металлы поступали из природных источников, а после 1970-х годов усиливается действие антропогенных факторов [30].

На основе данных о концентрациях металлов в керне льда горы Белуха на Алтае, свидетельствующих об их атмосферном содержании в период 1700–1900-х годов, показано, что концентрации Pb, Cu, Zn, Sn и Ag отражают главным образом историю региональной горнодобывающей и металлургической промышленности рудного Алтая [31].

Геохимический профиль ледникового керна, полученного на северном плато Килиманджаро, показал очень низкие значения концентраций микроэлементов. Зафиксировано малое поступление вулканической пыли в течение позднего голоцена, что объясняется повышенным накоплением льда и увеличением размера ледника и довольно высокая аккумуляция в течение позднего голоцена, причём максимальные концентрации большинства микроэлементов приурочены к поверхностным слоям [32]. При исследовании кернов, подверженных инфильтрации воды, обнаружено, что часть микроэлементов не подвержена вымыванию и может быть использована для палеореконструкций [33].

Изучение микроэлементного состава ледниковых кернов началось с удалённых полярных регионов Антарктики [34], Гренландии и Арктики [35]. Далее это направление исследований распространилось на высокогорье, причём повсеместно. Во многих работах показано, что в течение XX в. концентрации большинства микроэлементов увеличились, но при этом содержание некоторых из них (Pb, Cd, Zn) в ряде горных стран (например, Альпы) в последние десятилетия стало уменьшаться благодаря контролю техногенных выбросов в Европе и Северной Америке [22].

Органические включения. Множество различных органических соединений (так называемые летучие органические соединения) выбрасываются в атмосферу в результате различных антропогенных и естественных биологических процессов. Их доля во льду меньше, чем доля хорошо изученной неорганической фракции. При этом в отличие от неорганических соединений, специфичный и высокочувствительный к внешним факторам механизм образования органических молекул позволяет использовать их для более точной реконструкции источников и путей распространения атмосферных загрязнений. Органические соединения могут выступать в качестве маркеров антропогенной активности, пожаров, наземных биогенных выбросов и морской биологической активности. Кроме того, на основе данных, полученных с помощью этих маркеров, можно делать выводы о флуктуации температуры и крупномасштабных климатических изменениях в прошлом [36].

Большинство органических включений обнаруживается в ледниковых кернах в очень низких их концентрациях. До недавнего времени методы детектирования не позволяли использовать весь потенциал этих палеоклиматических маркеров, вследствие чего количество посвящённых им публикаций невелико, причём зачастую используются данные, полученные в полярных регионах [36]. Однако специфичность и относительно небольшое время жизни в атмосфере и льде многих органических молекул обеспечивает их исключительную информативность с точки зрения палеореконструкции региональных процессов, оказывающих влияние на химию атмосферы.

Органические примеси в атмосфере можно разделить на две группы: органические газы (алканы, С1-С3 монокарбоксильные кислоты, альдегиды и спирты) и аэрозоли, которые в свою очередь делятся на несгоревший (чёрный) углерод (BC), водонерастворимые (WinOC) и водорастворимые органические соединения (WSOC). Основная доля аэрозолей (порядка 60%) приходится на WSOC [37].

Чёрный углерод является продуктом неполного сгорания угля, дизельного топлива, биотоплива и биомассы и служит самым сильным светоабсорбирующим компонентом взвешенных частиц [38]. Это твёрдые мелкие частицы, в основном состоящие из чистого углерода, которые абсорбируют солнечную радиацию во всех длинах волн. Чёрный углерод считается вторым по значимости антропогенным фактором глобального потепления после углекислого газа. BC включает в себя целый ряд углеродсодержащих материалов, частично сгоревшие твёрдые остатки растительных тканей, графитизированные частицы сажи и летучие вещества, образующиеся при сгорании. Он отличается от других форм углерода и углеродистых соединений, содержащихся в атмосфере, тем, что способен сильно поглощать видимый свет и сохранять свою основную форму при очень высоких температурах (4000 K), нерастворим в воде.

Основными источниками чёрного углерода служат открытое сжигание биомассы (лесные и степные пожары), биотоплива, используемого при отоплении, выхлопы дизельных двигателей, сжигание угля. Он может находиться в атмосфере до 10 дней, а затем отлагается на поверхности, вымываясь с атмосферными осадками. Благодаря малому размеру (менее микрометра) частицы BC могут переноситься на большие расстояния, сильно влияя на радиационный баланс за счёт изменения альбедо поверхности. Прямые наблюдения за концентрацией ВС в атмосфере доступны только для ограниченного числа пунктов, измерения в которых, как правило, охватывают не более двух десятилетий [39]. Поэтому основным источником данных о динамике содержания ВС служат ледниковые керны. Такие записи были получены для трёх ледников в Альпах: Коль дю Дом, Колле Гнифетти и Фишерхорн [37, 40, 41], они свидетельствуют об увеличении концентрации антропогенного ВС с середины ХХ в.

Всю совокупность органических соединений, содержащихся в ледниках, называют органическим углеродом (OC). В ледниковом керне водорастворимые органические соединения и водорастворимые органические газы объединяют в группу растворённых органических соединений (DOC), которые включают в себя: С1–С3 монокарбоксилаты кислоты, С2–С12 ди-карбоксилаты, формальдегид, гуминоподобные вещества (HULIS), полициклические ароматические углеводороды, пестициды, полихлорированные бифенилы, пер- и полифторированные соединения. Одним из основных компонентов OC (до 30%) являются HULIS (соединения, обладающие сильными полярными, кислотными и хромофорными свойствами, схожими с гуминовыми и фульвовыми кислотами) [42]. Предполагается, что HULIS являются преимущественно вторичными продуктами химических превращений биогенных прекурсоров. Однако сложная молекулярная структура, большое количество влияющих параметров, а также недостаток данных не позволяют однозначно установить механизмы образования этих соединений [43].

Oрганический углерод включает в себя как достаточно сложные молекулы, так и низкомолекулярные органические соединения, такие как муравьиная кислота, которые присутствуют во льду в количествах, сопоставимых с некоторыми неорганическими ионами, и поэтому именно они на данный момент наиболее хорошо изучены. Недостаток низкомолекулярных соединений – наличие множества источников их образования; например, муравьиная кислота является вторичным продуктом окисления атмосферных изопрена и монотерпенов, промышленных выбросов, а также выделяется в результате животноводческой деятельности и при лесных пожарах. Более сложные молекулы присутствуют в ледниках в значительно меньших концентрациях, что затрудняет их детектирование, причём источники их появления единичные или немногочисленные. Особенно высокая специфичность свойственна некоторым маркерам горения биомассы. В данную группу входит ряд дикарбоксильных кислот (пимелиновая, субериновая, пининовая, пиноновая), фталевая, ванилиновая, пара-гидроксибензойная, дегидроабиетиновая кислоты, а также продукты горения целлюлозы и гемицеллюлозы (левоглюкосан, галактосан и манносан). Эти соединения позволяют не только проводить палеореконструкцию пожаров, но и строить модели перемещения воздушных масс и изучать взаимное влияние различных факторов климатической изменчивости и пожаров [44].

Холодные горные ледники средних широт представляют собой прекрасные “архивы” короткоживущих воздушных загрязнений на временно́м диапазоне от нескольких десятилетий до нескольких веков. Соответственно, самым изученным с точки зрения количества работ и обнаруженных органических соединений является альпийский регион. Так, для ледника Коль дю Дом установлено, что масса водорастворимых органических соединений в атмосфере в летний период выросла в 2–3 раза с 1920 по 1990 г. В той же мере за этот период увеличилась масса как HULIS, так и моно-, дикарбоксилаты и формальдегида, она составляет уже 70% WSOC вместо 55% в прошлом. Наиболее вероятной причиной повышения доли HULIS летом является увеличение первичной продукции, так как прекурсоры данного класса соединений имеют биогенное происхождение. Однако бóльшая часть увеличения WSOC обусловлена повышением вклада неизвестной фракции [45]. В целом с середины XX в. концентрация органического углерода в альпийском регионе удвоилась. Этот рост, скорее всего, вызван увеличением окислительной способности атмосферы, что в свою очередь приводит к увеличению образования вторичных органических аэрозолей [37]. Кроме того, установлено, что С2-С5 дикарбоксильные кислоты в Альпах имеют скорее естественное происхождение, чем антропогенное [45].

Исследования органических соединений выполнены для кернов Алтая [46], Тянь-Шаня [27], Альп [47] и Тибета [48]. К. Кавамура с соавторами [49] впервые получил данные по полуострову Камчатка для таких специфических маркеров горения биомассы, как левоглюкосан, дегидроабиетиновая кислота, ванилиновая кислота и пара-гидроксибензойная кислота. Керн был пробурен на леднике в кратере вулкана Ушковский. Полученные концентрационные зависимости свидетельствуют о значительном распространении пожаров бореальных лесов (ключевое хранилище углерода) в течение последних 100 лет, что соответствует историческим данным.

Несмотря на огромный потенциал, данная область гляциохимии всё ещё мало изучена. В связи с ограниченным числом работ существуют значительные пробелы в понимании пространственного распределения, химического состава и физико-химических свойств органических соединений (а следовательно, их токсичности и влияния на климат), которые присутствуют в ледниковых кернах. Кроме того, низкие концентрации и высокая чувствительность органических соединений к загрязнениям требуют создания уникальных методик отбора и анализа проб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЕДНИКОВЫХ КЕРНОВ ЭЛЬБРУСА

В период с 2004 по 2020 г. в ходе изучения ряда ледниковых кернов Эльбруса получены значимые результаты. Первый глубокий ледниковый керн (181.8 м от поверхности до ложа ледника) был пробурен на Западном плато Эльбруса в 2009 г. на высоте 5150 м [50]. Вследствие больших абсолютных высот на этом участке практически отсутствует поверхностное таяние, а температура на глубине 10 м, где затухают её сезонные колебания, составляет –17°С, что обеспечивает полную сохранность всех изотопных и геохимических характеристик льда. При датировании льда использовались сезонные осцилляции изотопного состава кислорода и водорода (¹⁸O и ²Н), а также отдельных химических соединений – иона аммония (${\text{NH}}_{4}^{ + }$) и янтарной кислоты (HOOCCH2COOH). Для контроля возрастной шкалы применялись хорошо датированные реперные горизонты – пик повышенной концентрации трития (³Н) 1963 г. и извержения вулканов Катмай (1912) и Косигуина (1835) [50]. Прямой подсчёт годовых горизонтов выполнен до глубины 168.5 м (131.6 м в.э.). На этой отметке ледниковый лёд датируется 1774 г. Для придонных слоёв льда проведено прямое датирование на основе содержания ¹⁴C твёрдых частиц в органическом веществе [6]. Максимальный возраст льда вблизи ложа может достигать 2 тыс. лет (~1669 ± 385 лет). К настоящему времени закончены все анализы химического и изотопного состава ледникового керна и на их основе выполнен ряд реконструкций климатических параметров (температуры воздуха и атмосферных осадков) и содержания различных веществ в ледниках Эльбруса [51].

Результаты исследования эльбрусского керна впервые позволяют сопоставить уровни концентрации чёрного углерода для различных регионов Европы. Методика отбора образцов и анализа содержания ВС детально изложена в работах [51, 52]. Благодаря непрерывному отбору образцов из керна в потоке было достигнуто высокое разрешение, позволяющее не только оценить долгопериодные тренды, годовую и сезонную изменчивость, но и выявить отдельные пики, связанные со специфическими событиями переноса ВС.

На протяжении последних 190 лет наблюдались значительные колебания концентрации ВС в толще эльбрусских ледников с большой внутригодовой изменчивостью. В течение ХХ в. отмечено повышение зимних, летних и годовых её значений (рис. 2). Наиболее интенсивный рост концентрации произошёл в 1950–1980-х годах (в 5 раз в летнее время и в 3 раза зимой по сравнению с доиндустриальным периодом). Расчёт траекторий движения отдельных частиц на Кавказ показал, что большинство аэрозолей поступает из Европы (71.0% летом и 55.6% зимой), в особенности из Восточной Европы и с Ближнего Востока (35.6% летом и 30.9% зимой) [52]. Сравнение полученных данных по керну Эльбруса с существующими каталогами выбросов антропогенного и биогенного (пожары) чёрного углерода для Западной, Центральной и Восточной Европы, а также стран Ближнего Востока [53] при общем сходстве продемонстрировало ряд отличий: в каталогах не обнаруживается рост концентрации чёрного углерода в 1960-х и 1970-х годах, а скорость сокращения выбросов, указанная в каталогах, не подтверждается данными по керну после 1980-х годов. Более того, зарегистрирован небольшой рост концентрации BC в керне Эльбруса после 2000-х годов, который может быть связан как с изменениями антропогенной эмиссии, так и с летними лесными и степными пожарами в восточной части Европы в этот период, не отражёнными в каталогах [52]. На сегодняшний момент запись BC в кернах Эльбруса – наиболее полный и подробный архив данных о содержании чёрного углерода в Европе.

Рис. 2.

Содержание чёрного углерода, ионов кальция и сульфатов в керне Эльбруса

Пыль по массе и влиянию на физические процессы является самым важным аэрозолем в атмосфере [54]. Работы по изучению переноса и отложения пыли на Эльбрусе начались в 2009 г., когда во время масс-балансовых работ на леднике Гарабаши, а также в шурфах на Западном плато были обнаружены отчётливо различимые горизонты пыли. С использованием геохимических методов, метеорологических данных и данных дистанционного зондирования было установлено, что минеральная пыль из регионов Северной Африки и пустынь Ближнего Востока регулярно поступает на поверхность ледников Кавказа [55].

Количество пыли в ледниковом керне зависит от многих факторов и отражает её концентрацию в атмосфере. В качестве индикатора пыли в ледниках Эльбруса было использовано содержание кальция (Ca²⁺). Ежегодно наблюдается массированный спорадический перенос пыли на Эльбрус из источников, расположенных на Ближнем Востоке и в Северной Африке. Это происходит 5–6 раз в год [56], чаще всего с Ближнего Востока. На Кавказ пыль из Сахары переносится 1–2 раза в год, и хотя это более редкие события, вещества переносится больше. Вторжения пыльных воздушных масс происходят чаще в весенне-летнее время. В период засух в регионах-источниках (Ближний Восток и Северная Африка) в атмосферу поступает большее количество минеральных частиц, которые в весенне-летний сезон переносятся на поверхность ледников. Отделить влияние двух источников на данном этапе исследований невозможно. Судя по всему, на протяжении последнего столетия в обоих регионах за счёт сокращения осадков и повышения температуры увеличивается засушливость. Вместе с этим растёт вероятность возникновения пыльных бурь в период, благоприятный для продвижения воздушных масс в сторону Кавказа.

Было установлено, что с 1950 г. значительно увеличилась частота и масса переносимой пыли во время спорадических событий и одновременно возросла фоновая её концентрация (на 100 ppb). Максимальная концентрация зарегистрирована для 1999 и 2000 гг. (980 и 850 ppb). Период повышенной концентрации пыли наблюдался и в 1960-х годах [56].

Из всех косвенных данных лишь ледники содержат информацию о количестве атмосферных осадков, которое определяет толщину годового горизонта ледника. Годовые горизонты в керне Эльбруса были выделены на основе сезонных вариаций δ¹⁸О и δD, иона аммония (NH₄⁺) и янтарной кислоты. Каждый годовой слой по результатам анализов аммония и янтарной кислоты был разделён на две части, соответствующие осаждению снега в зимних условиях и в течение весны, лета и осени [6, 45, 50]. В результате удалось вычислить величину аккумуляции снега в точке бурения начиная с 1774 г.

Анализ метеосведений по Кавказу показал, что данные керна могут описывать территорию с радиусом до 100 км. Это позволяет расширить реконструкцию осадков за последние столетия по кернам из районов Безенги и Казбека на весь Северный Кавказ. Нами был предложен метод разделения зимних и летних сезонов с использованием показателя конвективной неустойчивости. В результате удалось существенно уточнить выделение годовых и сезонных осадков. Из-за влияния орографии происходит увеличение количества атмосферных осадков по сравнению со среднегорными условиями в 1.5 раза. Прямой корреляции аккумуляции снега на Эльбрусе с данными метеостанций выявлено не было, однако в функциях распределения и спектральной плотности обнаружено однозначное сходство рядов годовых осадков на метеорологических станциях Кавказа и данных ледникового керна. Это позволяет утверждать, что реконструкция аккумуляции осадков на Западном плато фактически означает их реконструкцию. Изменчивость осадков на Западном плато в основном определяется летним сезоном, в то же время в течение 245 лет вклад летних осадков статистически значимо уменьшается. Ледниковый керн, полученный на Эльбрусе, захватил максимум малого ледникового периода, который на Кавказе наблюдался в середине XIX в. По нашим данным, периоду отступания ледников на Кавказе, начавшемуся в конце 1840-х годов, предшествовала длительная отрицательная аномалия увлажнения в летний сезон, которая сопровождалась ростом летней температуры воздуха. Рост зимней аккумуляции в этот период не мог компенсировать общее снижение увлажнения, он сказывался лишь на лавинном режиме территории. В 1920-е годы режим осадков резко изменился: длительный период летних положительных аномалий увлажнения сменился высокой повторяемостью летнего дефицита осадков. Современное усиление как летней, так и зимней аккумуляции, несмотря на продолжающееся повышение температуры воздуха, послужило причиной стационирования фронтов ледников и их незначительного продвижения в 1970–1980-х годах.

* * *

Ледниковые керны из неполярных районов используются для изучения условий окружающей среды в прошлом. Измерение химического состава ледниковых кернов показывает состав газов и аэрозолей в атмосфере. В последние годы был достигнут значительный прогресс в развитии аналитических методов и точности датирования. Керны льда были получены в большинстве горных районов мира на ледниках с различными гляциометеорологическими характеристиками. Для некоторых точек пробурено несколько кернов, что открывает возможность сравнения данных и определения влияния локальных условий снегонакопления на палеоклиматический сигнал. Использование нескольких ледниковых кернов из одного региона, отличающихся по своим гляциологическим условиям, приобретает особую значимость для построения общих хронологий и сравнения с инструментальными данными.

Информация, полученная в последние годы на территории России по кернам Эльбруса и Белухи, значительно расширила базу данных о составе атмосферы Северной Евразии в прошлом и может быть использована для оценки региональных факторов, влияющих на эмиссию аэрозолей и условия циркуляции атмосферы в умеренных широтах.

Гляциохимические анализы ледниковых кернов в горных районах, расположенных в непосредственной близости от источников эмиссии, дают всестороннее представление об антропогенном воздействии на химический состав атмосферы за последние столетия и первые тысячелетия. При этом некоторые аспекты (изучение органических соединений, определение источников поступления микроэлементов) ещё недостаточно исследованы, и можно ожидать развития этих направлений в ближайшие десятилетия.