Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Орографическое и климатическое описание районов 8
1.1. Границы районов 8
1.2. Рельеф 11
1.3. Краткая характеристика климата 21
1.4. Речная сеть 29
1.5. Выводы 41
Глава 2 Общая характеристика оледенения 43
2.1. История исследований 43
2.2. Размещение ледников 46
2.2.1. Степень оледенения 48
2.2.2. Размеры ледников 52
2.2.3. Высотное положение ледников 55
2.2.4. Морфологические типы ледников 58
2.2.5. Экспозиция ледников 61
2.3. Структура ледников 64
2.4. Выводы 70
Глава 3 Режим ледников 73
3.1. Абляция и её расчет 73
3.1.1. Расчет температуры воздуха на ледниках... 74
3.1.2. Расчет абляции 82
3.1.3. Таяние льда под слоем морены 90
3.2. Аккумуляция 93
3.3. Баланс ледников. Энергия оледенения 98
3.4. Выводы 102
Глава 4 Расчет размеров прежнего и возможного будущего оледенения 104
4.1. Метод расчета числа, площади и объема ледников 104
4.2. Расчет параметров древнего оледенения 109
4.3. Прогноз размеров оледенения при изменении климатических условий 113
4.4. Выводы I20
Заключение 122
Список литературы 125
- Краткая характеристика климата
- Морфологические типы ледников
- Расчет температуры воздуха на ледниках...
- Прогноз размеров оледенения при изменении климатических условий
Краткая характеристика климата
Климатологическая изученность исследуемых районов различна. В бассейне р.Кафирниган расположено 5 метеорологических станций в диапазоне высот от 830 до 3370 метров над уровнем моря. Правда, лишь одна из них - Анзобский перевал (3370 м) - находится в приледниковой зоне. Тем не менее, довольно густая метеорологическая сеть позволяет достаточно надежно оценить климатические условия сравнительно малого района (площадь горной части бассейна р.Кафирниган около 7 тысяч квадратных километров).
В пределах Восточного Памира, на территории площадью свыше 25 тысяч квадратных километров, имеется всего 3 метеорологические станции, расположенные исключительно в долинах на высоте 3580-3930 метров. Существующая на Восточном Памире метеорологическая сеть позволяет оценить климатические условия дна долин, но совершенно не дает представления о климате ледниковой зоны, лежащей по меньшей мере на 1000 метров выше.
Важным климатообразующим фактором является циркуляция атмосферы. Преобладающей воздушной массой на территории Средней Азии является воздух умеренных широт /89/. На севере он граничит с холодным арктическим воздухом, а на юге - с сильно прогретым тропическим. Эти воздушные массы разделяются арктическим и полярным фронтами, положение которых не остается постоянным, в результате чего вся Средняя Азия периодически оказывается под влиянием как холодного арктического воздуха, так и жаркого тропического. В холодном полугодии наиболее часто повторяющимися синоптическими процессами являются юго-западная периферия антициклона и прорывы южнокаспийских, мургабских и верхнеамударвинских циклонов, приносящих повышение температуры и осадки. При установлении ясной антициклональний погоды отмечается интенсивное понижение температуры.
Летом для юга Памиро-Алая наиболее характерна термическая депрессия, быстро развивающаяся на юго-западной периферии антициклона. Возникает она в жаркие летние дни с центром в юго-западных районах Таджикистана и существует 2-3 суток, сменяясь каким-либо типом холодного вторжения. Отдельные исследователи /32,96,106,127/ указывают на большую роль проникающих в летнее время индийских муссонов в формировании климата Восточного Памира. В работе /2/ на основании анализа распространения облачности и положения фирновой линии на ледниках юго-восточного Памира показано, что роль этих муссонов не так велика. Восточный Памир находится на границе трех климатических областей - переднеазиатской (средиземноморской), центральноазиат-ской и области муссонного климата Индии - и подвержен основным синоптическим процессам (или их отголоскам), свойственным этим регионам. Рассмотрим отдельные черты климата, оказывающие наибольшее влияние на существование и режим ледников: температуры воздуха, осадки, облачность, пыльные бури.
Термический режим исследуемых районов вполне известен,что обусловливается достаточной стабильностью температуры однородных воздушных масс по горизонтали и устойчивостью вертикальных температурных градиентов. По термическому режиму оба района относятся к континентальному типу климата, который отличается значительными амплитудами температуры воздуха как внутри года, так и внутри суток. Разница между средними температурами самого холодного (январь) и самого теплого (июль) месяцев в бассейне р.Кафирниган составляет 20-25, а суточная амплитуда - 10-15 /7/. На Восточном Памире континентальность климата проявляется значительно резче: внутригодовая амплитуда температуры воздуха составляет 32 (Мургаб), а внутрисуточные перепады температуры могут достигать 30 /3/.
Рассмотрим внутригодовой ход температуры воздуха на высоте 3,8 км. В бассейне р.Кафирниган эта высота характерна для гребней хребтов, а на Восточном Памире соответствует дну долин. В бассейне р.Кафирниган среднемесячные температуры воздуха на уровне 3,8 км изменяются от 7,3 в июле до -14,5 в январе при среднегодовой величине -4,2. На Восточном Памире амплитуда средних месячных температур воздуха значительно больше: от 12,5 в июле до -18,6 в январе, средняя годовая температура при этом несколько выше, чем в бассейне р.Кафирниган, и составляет -3,2.
Морфологические типы ледников
Оледенение районов представлено ледниками почти всех морфологических типов, упоминающихся в Руководстве по составлению Каталога ледников /86/. Исключение составляют лишь ледники конических вершин и кальдерные. Однако по районам набор морфологических типов различен. Для определения морфологического характера оледенения районов и возможности его сравнения ледники сходных морфологических типов объединены в группы. О.Н.Виноградов и Г.И.Коновалова /6/ выделяют 6 морфологических групп, 4 из них характерны для горного оледенения: сложные ледники, долинные ледники, каровые ледникц, висячие и склоновые ледники.
К сложным относятся дендритовые и сложно-долинные ледники. В группу долинных ледников кроме простых долинных входят также котловинные, асимметричные долинные и висячие долинные. В группу каровых ледников включены каровые, асимметричные каровые, карово-висячие ледники. К группе висячих и склоновых отнесены висячие, присклоновые и склоновые, ледники кулуаров; сюда же отнесен единственный на Памире ледник плоских вершин. Карово-долинные ледники по О.Н.Виноградову могут быть отнесены, в зависимости от их размеров, либо к простым долинным, либо к каровым /б/. А.Н.Крен-ке /54/ включает их поровну в обе группы, Также поступили и мы.
В рассматриваемых районах распространение карово-долинных ледников различно. В северной части Восточного Памира они единичны, а в бассейне р.Кафирниган карово-долинные ледники занимают более трети всей площади оледенения. По своим размерам карово-долинные ледники в бассейне р.Кафирниган приближаются к каровым, а на Восточном Памире - к долинным.
Распределение ледников по основным морфологическим группам, представленное в табл.2.1, в рассматриваемых районах значительно различается. По числу в бассейне р.Кафирниган преобладают каровые ледники, а на Восточном Памире во всех бассейнах - ледники склонов. По занимаемой площади в бассейне р.Кафирниган доминируют долинные ледники, несколько уступают им каровые; в северной части Восточного Памира преобладают сложные, а в южной - склоновые.
Таким образом, распространение ледников того или иного морфологического типа связано с интенсивностью оледенения, которое, в свою очередь, определяется ороклиматическими условиями. В северной части Восточного Памира, где большие высоты хребтов в со-четании со слабой расчлененностью склонов обусловливают развитие мощного оледенения, преобладают сложные ледники. В бассейне р.Кафирнйган и на юго-восточном Памире, отличающихся незначительным превышением гребней хребтов над границей питания, оледенение развито слабо и представлено малыми ледниками: каровыми и ледниками склонов. Преобладание либо тех, либо других определяется рельефом. В бассейне р.Кафирнйган с его сильно расчлененным рельефом доминируют каровые ледники; на юго-восточном Памире, характеризующимся пологими, слаборасчлененными склонами, преобладают склоновые ледники.
Распределение ледников по экспозициям в рассматриваемых районах, как и в большинстве ледниковых областей, очень неравномерно. Оно в значительной мере связано с типом оледенения. При дисперсном оледенении, главным образом, преобладают ледники северной экспозиции. При этом общая ориентация горных склонов, несущих оледенение, не имеет существенного значения. В бассейне р.Кафирнйган, несмотря на то, что он занимает южный склон Гиссар-ского хребта, ледники северной экспозиции составляют по числу 33,7$ общего количества и на их долю приходится 35,2% всей площади оледенения. Ледники южной экспозиции единичны: их число и площадь составляют соответственно 1,5 и 1,1% (табл.2.2). Ледники расположены, главным образом, на северных склонах боковых отрогов главного хребта.
Аналогичным образом распределены по экспозициям ледники юго-восточного Памира, также характеризующегося дисперсным типом оледенения. В том случае, когда бассейн занимает северный склон хребта, преобладание ледников северной экспозиции становится подавляющим. Так, например, в бассейне р.Гуит, где оледенение в А.Н.Кренке /54/ разделяет экспозиции ледников на благоприятные (северная, северо-восточная и восточная), неблагоприятные (южная, юго-западная и западная) и промежуточные или "нейтральные" (юго-восточная и северо-западная). Стандартным для ледниковых систем является следующее соотношение: благоприятные - 60%, неблагоприятные - 10%, нейтральные - 30%. В рассматриваемых районах соотношение экспозиций отличается от стандартного. В бассейне р.Кафирниган 69% ледников имеют благоприятную экспозицию; 11% - неблагоприятную и 20% - нейтральную. На юго-восточном Памире в благоприятных условиях находятся 78% ледников, в неблагоприятных - лишь 3%, нейтральная экспозиция характерна для 19% ледников. На северо-восточном Памире распределение ледников по экспозициям близко к стандартному: 61% - благоприятных, 13% -неблагоприятных и 26% - нейтральных.
Расчет температуры воздуха на ледниках...
Для определения температуры воздуха на леднике по данным гидрометеостанции необходимо иметь значение вертикального градиента температуры - во-первых, и величину температурного "скачка" при переходе с грунтовой на ледниковую поверхность - во-вторых. Вертикальный температурный градиент в рассматриваемых районах изучен достаточно хорошо. А.Н.Кренке /51,54-/ принимает его равным в летний период 7,1 град./км для всего Памиро-Алая. М.Л. Арушановым с соавторами /2/ по данным метеостанций Памира получен градиент для лета 7,4 град/км. Н.В.Давидович /24/ путем эпизодических наблюдений на Восточном Памире определила средний градиент 8,7 град/км. В летние месяцы 1977-1980 гг нами в составе гляциологической экспедиции АН Таджикской ССР выполнялись наблюдения за температурой воздуха в ледниковых районах юго-восточного Памира на протяжении 2-3 месяцев. Средний вертикальный температурный градиент составил 7,6 град/км /93/. Сложнее обстоит дело с расчетом температурного "скачка" при переходе с неледниковой на ледниковую поверхность. Предположение о его существовании было высказано О.А.Дроздовым /31/. Одновременно А.Н.Кренке предложил вычислять величину "скачка" как "... разницу между фактической разностью температур на внеледниковой и ледниковой станциях и той же разностью, вычисленной в предположении равенства вертикального температурного градиента 0,71 на 100 м" /51, с#22/. Полученные им величины "скачка" изменяются на различных ледниках Средней Азии от 0,5до 2,5, составляя в среднем около 1,0. Н.В.Давидович /24/ определила путем синхронных наблюдений на языке ледника Акбайтал .(бассейн оз.Каракуль) и на его боковой -морене величину "скачка" в 2,5 в послеполуденные часы и предложила среднюю суточную его величину в 2,0. Исследования температурного "скачка", выполненные В.Г.Хо-даковым и Г.П.Моисеевой /104/ позволили им предложить формулу зависимости величины "скачка" от размеров ледника.
Этот метод широко используется в расчетах, однако Н.В.Давидович в своей работе, посвященной анализу полей летней температуры в горно-ледниковых бассейнах, ставит под сомнение его универсальность /25/. В 1980 году мы проводили на ледниках юго-восточного Памира полевые работы, в программу которых входили, в частности, исследования температурного "скачка". Местоположение пунктов наблюдений и сроки работы приводятся в таблице. Физический смысл температурного "скачка" состоит в том, что подстилающая поверхность в значительной мере влияет на температуру воздуха в приземном слое. Грунтовая поверхность даже в непосредственной близости от ледника может прогреваться в дневное время до нескольких десятков градусов тепла, что приводит к повышению температуры воздуха на высоте 2,0 м. В пункте "Лагерь", например, температура поверхности почвы в 15-часовой срок нередко превышала 50С. Поверхность снега или льда, лишенная морены, никогда не прогревается выше ОС, вследствие чего температура воздуха на стандартной высоте 2,0 м над ледником в дневные часы значительно ниже, чем над грунтовой поверхностью. В ночные часы температура воздуха вблизи ледников Восточного Памира, как правило, опускается ниже О С. При жтом грунтовая поверхность в силу радиационного излучения может охладиться до значительных отрицательных температур; поверхность льда даже в ночные часы сохраняет температуру ОС, так как в это время талая вода замерзает с выделением скрытой теплоты. Следовательно, при отрицательных температурах "скачок" должен менять знак Логично предположить, что при нулевой температуре воздуха, определенной в будке, абсолютные величины "скачка" будут минимальными. Для определения зависимости величины температурного "скачка" от температуры воздуха воспользуемся средними месячными данными по температуре воздуха в различные часы суток в точках на леднике и морене, имеющих примерно равную высоту. Как видно из табл.3.2, наибольшей величины "скачок" достигает в послеполуденные часы, при максимальных температурах воздуха. В ночные часы, при отрицательных температурах, "скачок" меняет знак на противоположный. По данным табл.3.2 построен график зависимости величины "скачка" от температуры воздуха на морене (рис .3.1). По-видимому, отмеченная закономерность характерна не только для Восточного Памира. Значения "скачка", вычисленные по данным, приведенным Х.Лангом /59/ для Алечского ледника в Швейцарских Альпах, хорошо согласуются с нашими (рис.3.1). Таким образом, можно считать установленной зависимость "скачка" от температуры воздуха. Следует отметить, что к такому же выводу независимо от нас пришла Н.В.Давидович /25/. Однако использование полученной связи в практических целях затруднено тем, что температура воздуха на морене также обусловлена влиянием ледника. По данным /112,120,123/ охлаждающее воздействие даже сравнительно небольших ледников распространяется на 300-500 метров в горизонтальном направлении. Следовательно, целесообразно определять значение температурного "скачка" по данным опорной станции, свободной от влияния ледников. Этим требованиям соответствует метеопункт "Лагерь". Связь между среднесуточными температурами "Лагерь" - ледник достаточно тесная (коэффициент корреляции z г 0,95) и выражается уравнением
Прогноз размеров оледенения при изменении климатических условий
Понижение температуры воздуха на 1 влечет за собой опускание фирновой линии на 80 м - в бассейне р.Кафирниган и на 50 м - на ледниках Восточного Памира В связи с этим вернемся к рис.2.5(в), на котором показана тенденция снижения высоты фирновой линии с увеличением размеров ледников. В интервале площади ледников 0,2 - 1,0 км2 высота границы питания понижается в бассейне р.Кафирниган на 50 м, что соответствует понижению температуры на 0,6, а на Восточном Памире - на 30 м, что также эквивалентно похолоданию на 0,6.
Получив расчетные высоты фирновой линии при изменении климатических условий, вычислим при помощи уравнений (4.2), (4.4) и (4.5) параметры оледенения, соответствующие этим изменениям. Для современного оледенения отношение истинных характеристик к вычисленным получились равными: для Кафирнигана исТ/р -1,12 и " /її 1,68; для Восточного Памира F"cr/p =0,70 и цсгш s If08. Такая большая ошибка определения площади ледников на Восточном Памире связана, видимо, с большими колебаниями высоты фирновой линии в этом районе. Полагая, что эти соотношения сохраняются и при изменении положения фирновой линии,введем в вычисленные величины соответствующие поправки.
Мы уже установили, что ледники бассейна р.Кафирниган острее реагируют на изменение климата, что выражается в более значительном изменении высоты фирновой линии, обусловленном климатическими особенностями района. Рассмотрим, как влияют на размеры оледенения орографические условия районов. При понижении фирновой линии на 80 м площадь ледников увеличится в бассейне р.Кафирниган в 1,46 раза, в южной части Восточного Памира - в 1,34 раза, а в северной - только в 1,20 раза. Таким образом, орографические особенности рассматриваемых районов также обусловливают различную реакцию оледенения на изменения климата: ледники Кафирнигана более подвержены этим изменениям.
В табл.4.6 приведены вычисленные параметры оледенения районов при изменении температуры воздуха на 1 в ту или иную сторону, либо осадков на 10% в обе стороны, а также при наиболее и наименее благоприятных для существования оледенения сочетаниях изменения температуры воздуха и осадков. Как видно из таблицы, понижение температуры на 1 вызовет увеличение площади ледников в бассейне р.Кафирниган на 46%, а в северной части Восточного Памира на 11%. Увеличение осадков на 10% приведет к увеличению площади оледенения в этих районах соответственно на 26% и 2%« Рассчитанное Г.Е.Глазыринш /90/ увеличение размеров оледенения всей Средней Азии на 31% при похолодании на 1 и на 10% при возрастании осадков на 10% соответствует средним значениям. При наиболее благоприятных для оледенения изменениях климата, когда температура воздуха ниже современной на 2, а осадки увеличены на 20%, площадь ледников в бассейне р.Кафирыиган может возрасти в три с лишним раза, а объем заключенного в них льда - в пять раз. В северной части Восточного Памира при таких же изменениях климатических условий оледенение увеличится по площади только на 30%, а объем льда в полтора раза. Таким образом, реакция оледенения рассматриваемых районов на возможные изменения климата существенно различна, что вызвано различием климатических и орографических условий районов. Ледники бассейна р.Кафирыиган весьма резко реагируют на климатические изменения; оледенение Восточного Памира, особенно северной его части, при изменении климата изменяют свои размеры незначительно. С этих позиций интересно рассмотреть древнее, "ляхшское", оледенение. Как отмечалось в разделе 4.2, депрессия снеговой линии при этом оледенении составляла на Восточном Памире 0,35-0,45 км, в то время как в бассейне р.Кафирниган - 0,35 км. Между тем она должна быть значительно больше. Причины такой несогласованности могут быть следующими: либо речь идет об оледенениях разного возраста; либо изменения климата в этих районах происходили неадекватно, что может быть связано с различной скоростью поднятия Памира и Гиссаро-Ллая. 1. Основные параметры оледенения неизученных районов могут быть рассчитаны по доступной информации: по площади района (/" ), лежащей выше средней отметки фирновой линии (Zcp ) на ледниках района, и по превышению над фирновой линией наибольшей вершины бассейна. Границы применения метода: для площади оледенения 30 км2 Fj, 2-3(10)3 км2; для числа ледников - 50 /1/ 1500. 2. Предлагаемый метод может применяться при палеогляцио-логических реконструкциях, если известна величина депрессии снеговой линии. Проверка его на материалах древнего оледенения Таджикистана дала хорошие результаты. 3. Различия в климатических условиях рассматриваемых районов обусловливают разницу в колебаниях высоты фирновой линии при идентичных изменениях климата. В бассейне р.Кафирниган высота фирновой линии изменяется значительно сильнее, чем на Восточном Памире, что согласуется с различием в энергии оледенения. 4. Орографические условия районов таковы, что одинаковому изменению положения фирновой линии соответствует различное изменение размеров оледенения: в бассейне р.Кафирниган размеры оледенения меняются существенней. 5. Возможные изменения климата могут привести к многократному изменению размеров оледенения бассейна р.Кафирниган, в то время как ледники Восточного Памира останутся почти без изменения.
