Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морейНИР

Ice-gouging topography of the Aral and Caspian seabed

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 октября 2019 г.-31 декабря 2019 г. Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морей (РФФИ)
Результаты этапа: Выполнено дешифрирование ледово-экзарационных борозд на 6 ключевых участках Аральского моря, составлены схемы дешифрирования, проведена статистическая обработка параметров ледово-экзарационных борозд, составлены таблицы показателей, розы-диаграммы направлений борозд. Проведен гранулометрическый анализ образцов, отобранных во время полевых работ на дне Аральского моря, сделана характеристика гранулометрического состава грунтов участков исследования и моря в целом. Проведена оценка вклада грунтового фактора в формирование и сохранность ледово-экзарационного рельефа на дне Аральского моря. Выявлено, что донные осадки выступают в роли фактора подчиненного значения при формировании ледово-экзарационного рельефа на дне Аральского моря. На локальном уровне физико-механические свойства грунтов влияют на сохранность экзарационных борозд, но не являются решающими при их формировании. Установлено, что наилучшим образом ледово-экзарационные борозды сохраняются в глинистых грунтах с включением песчаных частиц. Для лучшей их выраженности важно соотношение глинистой и песчаной составляющих вещественного состава: плотные, прочные глинистые грунты неподатливы к экзарации, а слабые песчаные быстрее теряют выраженность.
2 1 января 2020 г.-30 сентября 2020 г. Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морей (РФФИ)
Результаты этапа: Выполнено дешифрирование ледово-экзарационных борозд на 6 участках Аральского моря: по два участка в северной, центральной и южной частях. Выбор используемых данных дистанционного зондирования обусловлен поставленными целями и задачами. Для дешифрирования ледово-экзарационного рельефа на обширной территории бывшего дна Аральского моря необходимо использовать космические снимки высокого разрешения в видимом диапазоне (оптические), позволяющие детально рассмотреть морфологию и исследовать морфометрические параметры форм с минимально возможной погрешностью.
3 1 октября 2020 г.-31 декабря 2020 г. Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морей (РФФИ)
Результаты этапа: По результатам дешифрирования удалось собрать статистически значимую выборку длины и ширины единичных борозд, ширины гребенок и единичных борозд в них, длины гребенок, а также направлений распространения борозд. Всего на 6 участках было отдешифрировано 2230 борозд и гребенок. Большинство величин (длина, ширина, количество борозд в гребенке и др.) имеет близкое к логнормальному распределению величин, что свойственно для большинства природных объектов. При расчетах параметров используются не только средние, но и медианные значения. Последние в большей степени характеризуют выборку с точки зрения наиболее характерных значений, так как при логнормальном распределении экстремально высокие значения заметно увеличивают средние значения, уводя его от экстремума в распределении.
4 1 января 2021 г.-30 сентября 2021 г. Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морей (РФФИ)
Результаты этапа: Для Аральского моря составлена схема распространения форм ледовой экзарации. Зоны наибольшей концентрации форм ледового воздействия на дно (более 50 %) отмечены в северной части центральной котловины моря, тяготеющей к ней части северной равнины, а также на южной периферии современной акватории Западного Арала. Несколько меньшее покрытие бывшего дна формами ледовой экзарации (30-50 %) отмечается в центральной части центральной котловины, западной части северной равнины и северной части наклонной равнины. На этих участках дна Аральского моря условия для ледово-экзарационной деятельности сохранялись в течение продолжительного времени. Зоны со средней концентрацией форм (20-30 %) тяготеют к о. Возрождения или примыкают к зонам высокой концентрации с запада, к ЮВ от о. Барсакельмес. Зоны пониженной концентрации (10-20 %) обрамляют зоны высокой концентрации в центральной котловине с юга, запада и востока, а также зону высокой концентрации на Западном Арале с юга. Южная часть котловины Западного Арала, тяготеющие к центральной котловине части наклонной равнины и северная часть северной равнины (у о. Кокарал) покрыты следами ледовых воздействий в наименьшей степени (менее 10 %). На этих участках дна ледово-экзарационный рельеф формировался во время быстрого падения уровня Аральского моря, в результате чего воздействия происходили только в течение одного сезона, после чего море уходило. Для дешифрирования форм по данным ДЗЗ были выбраны шесть участков в разных частях Аральского моря (Приложение 1, рисунок 1). Такой выбор позволил сравнивать северную, центральную и южную части моря, на каждую из которых пришлось по два участка. Также данный подход позволяет оценить размеры форм в целом по морю, осреднив показатели из разных частей моря. Для дешифрирования в северной части моря были выбраны два участка по разные стороны от пролива Берга, относящиеся к области равнины Северного Арала. В центральной части Арала выбранные участки располагаются в центральной котловине, один примыкает к о. Барсакельмес с запада, другой – к о. Возрождения с юго-востока. В южной части моря один участок относится к морфологической зоне желоба, другой – к южной части центральной котловины. С помощью дешифрирования удалось собрать статистически значимую выборку длины и ширины единичных борозд, ширины гребенок и единичных борозд в них, длины гребенок, а также направлений распространения борозд. Всего на шести участках было выделено 2230 борозд и гребенок суммарной длиной 3188 км. Большая часть величин (длина, ширина, количество борозд в гребенке и др.) имеет близкое к логнормальному распределение, что свойственно большинству природных объектов. Для Аральского моря в целом средняя длина борозд составляет 1430 м, медианная – 853 м (Приложение 2, таблица 1). Близкие цифры характерны для участка дешифрирования 1 (участка 3 полевых работ). При этом большинство участков в среднем имеют меньшие длины борозд, и лишь участок 6 – большие. Так, к участку 6 относится наибольшая длина среди всех борозд (более 25 км) и наибольшая средняя и медианная длина борозд из всех участков. В целом по морю борозды длиной до 1600 м составляют 75 % от всех борозд, до 3100 м – 90 %. При этом к коротким бороздам относится 69 % борозд, к средним – 23 %, к длинным – 6 %, к очень длинным – 2 %. Среднее значение ширины борозд – 7 м, медианное – 6 м. Такие значения характерны для участка 6. Необходимо отметить, что вариации ширины борозд в целом по морю небольшие и колеблются в основном от 1 до 8 м (75 % борозд), борозды шириной 9-16 м составляют еще 20 %, больше 16 м – 5 %. Узкие борозды составляют 76 %, средние – 21 %, широкие – 3 %, очень широких – менее 1 %. В то же время ширина гребенок и систем борозд разнится значительно. Для моря в целом средняя ширина гребенок составляет 108 м, а медианная – всего 44 м. 90 % гребенок имеют ширину до 200 м. Среднее количество борозд в гребенке – 6, медианное – 4. Такое количество характерно не только для моря в целом, но и для большинства участков. При этом максимальная ширина систем борозд составила более 5,5 км, а количество борозд – 135 штук. Такие значения ширины систем борозд единичны и встречаются на участках на юге моря. Наибольшее количество борозд в гребенке относится к участку 3. Ширина единичных борозд, как правило, выше ширины борозд, входящих в гребенку или систему борозд: 9 м в среднем против 6 м. Длина же единичных борозд и гребенок в целом не отличается, но максимальные значения у гребенок выше. Соотношение гребенок и единичных борозд для моря в целом составляет 56% против 44 %. При анализе направлений ледово-экзарационных борозд (Приложение 1, рисунок 1) было выявлено, что на участках в северной части моря (1 и 2) они четко подчиняются основным направлениями ветров в холодный период – ярко выражен СЗ (ССЗ) – ЮВ (ЮЮВ) румб. Вторичный пик направлений соответствует направлению вдольберегового дрейфа. В направлениях на участке 3 этот румб также выражен, но не преобладает столь значительно. На другом участке в центральной части (4) моря направление борозд с В на З уже преобладает. Для участка 6 характерно преобладание борозд ВСВ (СВ) – ЗЮЗ (ЮЗ) направлений, что в целом соответствует ветрам северо-восточной четверти, характерных для района ГМС Муйнак. Направления борозд на участке 5 в наименьшей степени соотносятся с направлениями ветров. При общем региональном субмеридиональном ветровом режиме это можно объяснить морфологическими особенностями рельефа дна. После анализа распределения величин морфометрических параметров ледово-экзарационных борозд и обзора их морфологии по участкам, можно сделать следующие выводы. Для северной части моря характерна наихудшая сохранность ледово-экзарационного рельефа, относительно большая ширина борозд и четкая ориентация их по ветру. Для центральной части, напротив, характерна хорошая выраженность ледово-экзарационных борозд – следствие их хорошей сохранности, – и наименьшая ширина борозд среди всех районов. Для южной части моря характерны средняя ширина единичных борозд и крупные и длинные системы борозд, редко встречающиеся в других районах. Также для этого района типичен сложный характер строения гребенок борозд, указывающий на перестроение ледяных торосистых образований в процессе экзарации. Необходимо отметить, что ледово-экзарационный рельеф на бывшем дне Аральского моря представлен также ямами застамушивания. Данные формы рельефа встречаются довольно редко, по результатам единичных замеров их размер составляет от 20 до 100 м по большей оси. По результатам полевых работ были построены ортофотопланы (Приложение 1, рисунки 2, 6, 10,14, 15), цифровые модели рельефа (ЦМР) участков (Приложение 1, рисунки 3, 7, 11, 16) и поперечные профили через борозды по ЦМР (Приложение 1, рисунки 4, 5, 8, 9, 12, 13, 17, 18). Их анализ показал, что глубина борозд составляет от 5 до 15 см при средне около 10 см, высота валиков составляет от 5 до 20 см при средней около 15 см. При максимальном уклоне 0.0007 перепад по днищу борозд сверху вниз по склону составил до 0,5 м. При этом глубина борозд осталась неизменной, то есть влияние таких уклонов на глубину борозды отсутствует. На участках представлены борозды с корытообразной, U-образной и V-образной формами поперечного профиля. Все они, так или иначе, имеют неправильную форму с переломами в профиле. Судя по полевым наблюдениям, преобладают борозды с плоским днищем, корытообразной формы. Рассматривая фактор донных осадков в формировании ледово-экзарационного рельефа, необходимо отметить, что район распространения глинистых илов, податливых к экзарационным воздействиям, приурочен к отмелым берегам Восточного Арала и приглубым – Западного. В результате, ледово-экзарационные борозды в большей степени распространены в котловине Восточного моря, что говорит о подчиненности фактора донных осадков. В то же время, распространение ледово-экзарационных форм по всей территории Аральского моря выходит за рамки ареала глинистых илов, и попадает в зону распространения алевритовых илов, и реже – песков. К периферии Восточного Арала (южная часть, к северу от бывшего острова Барсакельмес) плотность следов воздействия льда уменьшается, а состав грунтов сдвигается в сторону большего содержания песков. Лишь в редких случаях ледово-экзарационные борозды встречаются в районах распространения прибрежно-морских песков, в т.ч. оолитовых. Собственные исследования гранулометрического состава осадков (Приложение 1, рисунок 19), отобранных на ключевых участках дна Аральского моря, показали, что наилучшая выраженность ледово-экзарационных форм присуща территориям с распространением песчано-глинистых алевритов. На участках распространения сильно глинистых алевритов выраженность форм снижается. Положение участков на одном гипсометрическом уровне (одновременное воздействие при снижении уровня) и в одном секторе моря позволяет оценить фактор донных осадков при прочих равных условиях. В результате, можно говорить о том, что наличие песчаных частиц в грунте, по-видимому, способствует большему проникновению киля тороса в грунт и формированию более глубоких форм при равной с более глинистыми грунтами последующей сохранности ледово-экзарационного рельефа на дне. Для лучшей его выраженности важно соотношение глинистой и песчаной составляющих вещественного состава: плотные, прочные глинистые грунты неподатливы к экзарации, а слабые песчаные быстрее теряют выраженность. При формировании ледово-экзарационного рельефа на дне Аральского моря фактор донных осадков имел подчиненное значение. На локальном уровне физико-механические свойства грунтов влияют на сохранность экзарационных борозд, но не являются решающими при их формировании. На Каспийском море распространение ледово-экзарационного рельефа постоянно меняется. Сохранность микрорельефа на морском дне зависит от интенсивности гидродинамических процессов, и в целом, довольно низкая. Известно, что продолжительное время борозды выпахивания могут сохраняться лишь в районах закрытых бухт и архипелагов, защищенных от волн большей части румбов. На большей же части дна акватории ледово-экзарационный рельеф сохраняется лишь в течение первых месяцев после освобождения акватории ото льда. По литературным данным на Северном Каспии ледово-экзарационный рельеф распространен на глубинах до 12 м, реже – до 16 м. В результате выделяются районы, где ледово-экзарационный рельеф сохраняется постоянно (или хотя бы в течение продолжительного времени) и районы периодического распространения следов ледовых воздействий. В ходе полевого обследования ледово-экзарационных форм рельефа исследованы участки в районе островов Морской и Рыбачий архипелага Тюленьих островов. Для проведения полевых работ выбран участок в районе о. Морской. По предварительному изучению ДЗЗ было выявлено наличие ледово-экзарационных форм на глубинах около 1 м. В районе о. Рыбачий глубины не превышают 1 м, что позволило провести только визуальные работы с лодки и воды. Рекогносцировочные работы показали, что на участке присутствуют хаотичные нарушения рельефа дна, но выраженные борозды не обнаружены. Возле о. Морской большие глубины моря (до 1,5 м) позволили провести полноценный комплекс работ по обследованию рельефа дна и донных отложений. Выполнены видеодокументация дна, отбор проб грунта и эхолотные промерные работы. Эхолотные промеры были выполнены на малой скорости пятью галсами с запада на восток вкрест простирания следов ледовых воздействий. В результате на кадрах видеосъемки зафиксированы следы ледовых воздействий на дно в виде вытянутых борозд без растительного покрова шириной от 5 до 50 м, слабо выраженные в рельефе, с амплитудой высот до 0,2 м. Эхолотные промеры также показали, что борозды не слишком отчетливо выражены в рельефе дна. Результаты эхолотных промеров (Приложение 1, рисунок 20) показывают, что борозды в районе съемки имеют ширину от 50 до 150 м (в среднем – около 100 м), пологие борта, глубину 20-60 см (в среднем – 30 см). Высота валиков составляет не более 0,2 м, ширина – порядка 10 м. Борозды имеют сложную форму, чаще всего W-образную, с несколькими локальными повышениями (грядами) в центральной части. По сути, такие борозды – слившиеся гребенки с остаточными валиками в центральной части. Также хорошо выражены напорные валики, представленные смесью водорослей и илистыми грунтами, слагающими верхнюю часть разреза. Гранулометрический анализ образцов, отобранных в районе Тюленьих островов и залива Кендырли на Среднем Каспии, показал, что грунты в этих районах представлены песками алевритистыми и сильно алевритистыми до алеврита глинисто-песчанистого. При этом содержание растительного детрита колебалось от 5 до 13 %, а ракушечного – от 22 до 37 %. Также два участка в районе Тюленьих островов исследованы дистанционными методами, причем один из них совпадает с районом полевого обследования. Участок дешифрирования 1 выбран в районе максимального распространения борозд выпахивания и наибольшей визуальной плотности – между о. Морской и проливом между ним и о. Кулалы. Участок дешифрирования 2 выбран в районе с меньшей визуальной плотностью борозд, в районе проведения полевых работ, к востоку от южной оконечности о. Морской. По дешифрированию снимков получены следующие результаты (Приложение 1, рисунок 21, Приложение 2, таблица 2). Средняя ширина борозд составляет 31 м, медианная – 27 м. Борозды имеют среднюю длину 1024 м, медианную – 767 м. Гребенки состоят из 3-4 борозд и имеют среднюю ширину 221 м, медианную – 127 м. Выполненные анализы ледовых условий в различные по суровости зимы, рельефа береговой зоны и распределения следов ледовых воздействий, позволили построить карты интенсивности ледовых воздействий на Северном Каспии в разные типы зим (Приложение 1, рисунок 22). В суровые зимы площадь припая максимальна, он занимает около 75% акватории Северного Каспия. При этом он обладает высокой прочностью, что препятствует активному торошению. В мягкие зимы ледяной покров развит значительно слабее, чем в умеренные, торосистость также низка вследствие слабого развития ледяного покрова. В то же время, в мягкие зимы расширяется площадь зоны интенсивной экзарации не только в относительных, но и в абсолютных значениях. Необходимо отметить, что на самом деле, несмотря на то, что это зона называется зоной интенсивной экзарации, в мягкие зимы интенсивность заметно снижается по сравнению с аналогичной зоной в умеренные или суровые зимы. Интенсивность экзарации дна зависит в первую очередь от количества формирующихся ледяных образований и общей ледовитости. Ранее рассматривались условия экзарации дна в зависимости от колебаний уровня и ледовитости (Бухарицин и др., 2015). Вместе с количеством ледяных образований меняются и ареалы распространения экзарации дна разной интенсивности. Площадь зоны экзарации слабой интенсивности, относящейся к ареалу распространения припайных льдов, сокращается в мягкие зимы как в абсолютных, так и в относительных значениях. В то же время в мягкие зимы припайные льды более мягкие и ломкие, что способствует лучшему торошению, что подтверждается современными данными 2013-2020 гг. По данным (Sigitov et al., 2019) большая часть стамух в мягкие годы образуется вблизи береговой черты, а наиболее интенсивное торошение и стамухообразование наблюдается в зоне припайных льдов. Сумма градусо-дней мороза в умеренные зимы с середины XX в. увеличивается. Более мягкие температурные условия обеспечивают меньшую толщину и прочность льдов, что способствует активному торошению. Площадь припайных льдов в мягкие зимы остается довольно обширной, что создает условия для торошения и стамухообразования на большом участке акватории. В том числе это говорит о том, что интенсивность ледово-экзарационных процессов в зоне припая в последние годы возрастает. Это обеспечивает большую интенсивность экзарации дна в этой зоне по сравнению с умеренными и суровыми зимами. При этом площадь зоны дрейфующих льдов с вмерзшими ледяными образованиями в мягкие, умеренные и суровые зимы остается практически неизменна как в относительно глубоких местах, так и на банках и мелководьях. Приведенные примеры показывают, что в зависимости от суровости зим условия экзарации дна изменяются. Меняются не только площади распространения воздействий различной интенсивности, но и степень интенсивности в самих зонах. Несмотря на смягчение климатических показателей, интенсивность экзарации дна на Северном Каспии не снижается: при том, что мягких и умеренных зим в последнее время становится больше, интенсивность воздействий льдов на дно в них выше, чем в суровые зимы. Наибольшая интенсивность наблюдается в умеренные зимы, но в мягкие зимы интенсивность также высока. За первый период работы над проектом систематизированы сведения об основных районах распространения ледовых воздействий, ледово-эказарционного рельефа на дне Каспийского моря и его морфологических и морфометрических особенностях. Зафиксированные в марте 2008 г. в результате съемки борозды выпахивания располагались на морском дне в районе месторождений Корчагина и Филановского (к востоку от банок Малой и Средней Жемчужных) с глубинами 7-13 м. Борозды были обнаружены на глубинах до 12 м (Огородов, Архипов, 2010). Следы ледовых воздействий могут прослеживаться и на больших глубинах – максимально до 15-16 м (Андреев и др., 1971). Большое количество борозд наблюдено в весенний период после очищения ото льда районов островов Чапуренок, Чистая Банка, мелководий северного и восточного побережий Каспия (Бухарицин, 1984). Густота борозд достигала 20-50, а местами 100 и более на 1 км. Кроме того, зафиксированы многочисленные навалы и надвиги льдов на острова и берега моря. Эти ледовые процессы способствуют выпахиванию верхней части грунтов, и могут оставлять следы длиной в несколько километров и глубиной до 0,5 м. Такие процессы зафиксированы на островах Чистая Банка, Малый Жемчужный, Укатный, Кулалы, Зюйдвестовая Шалыга (Бухарицин, 1984). В то же время, по результатам промеров глубин в холодный период в непосредственной близости от стамух на лицензионном участке «Северо-Каспийская площадь» возле дельты Волги, было показано наличие слабовыраженных ледово-экзарационных борозд при наличии изменений рельефа в результате давления стамух на дно (Непоменко, Попова, 2018). Безусловно, ограниченность исследований не дает однозначного ответа на вопрос присутствия или отсутствия ледово-экзарационных борозд на участке, но показывает другие варианты ледовых воздействий. Аналогичные исследования на месторождении Кашаган (восточная часть Северного Каспия, между Уральской бороздиной и устьем Эмбы) также показали наличие ям застамушивания и напорных валиков (Parr et al., 2013), а также ледово-экзарационных борозд (Fuglem et al., 2013) на большой площади на глубинах до 6 м. Таким образом, для северной части Каспийского моря уместнее говорить о различной интенсивности воздействий, в то время как их распространение можно считать повсеместным в рамках зон выявления распространения ледяных торосистых образований. На глубинах от 3 до 12 м в районе месторождений Филановского и Корчагина ширина борозд составила до 5 м, систем борозд – до 200 м, длина – более нескольких километров, глубина – менее 1 м (Огородов, Архипов, 2010). Б.И. Кошечкин (1958) указывал на длину борозд выпахивания до 2-3 км. На глубинах до 6 м в районе месторождения Кашаган ширина борозд составила от 2 до 77 м, максимальная глубина – 1,15 м (с учетом заполнения) (Fuglem et al., 2013). Наибольшая глубина ям застамушивания в том же районе составляет 1,2 м. Размеры ям зависят от размеров стамухи, но достигают, по крайней мере, 200 м (Parr et al., 2013). В районе Северо-Каспийской площади с глубинами до 3 м отсняты следы воздействия льдов с бороздами глубиной до 10 см и высотой валиков до 10 см (Непоменко, Попова, 2018). Следы преимущественно распространялись вдоль линий север-юг и северо-запад - юго-восток. Глубина ям застамушивания составил 10-30 см, в среднем – чуть более 10 см
5 1 октября 2021 г.-31 декабря 2021 г. Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морей (РФФИ)
Результаты этапа: 18 ноября 2021 года на диссертационном совете МГУ.11.04 С.В.Мазневым успешно защищена диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук на тему "Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морей", специальность: 25.00.25 - Геоморфология и эволюционная география.
6 1 января 2022 г.-30 сентября 2022 г. Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морей (РФФИ)
Результаты этапа: 18 ноября 2021 года на диссертационном совете МГУ.11.04 С.В.Мазневым успешно защищена диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук на тему "Ледово-экзарационный рельеф на дне Аральского и Каспийского морей", специальность: 25.00.25 - Геоморфология и эволюционная география. В июле 2022 года получен диплом кандидата наук.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".