Голоценовая история развития бугров пучения и их современная динамика в разных природных зонах в условиях глобальных климатических изменений (с использованием данных радиоуглеродного датирования и анализа стабильных изотопов)НИР

Соисполнители НИР

РФФИ Координатор

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Голоценовая история развития бугров пучения и их современная динамика в разных природных зонах в условиях глобальных климатических изменений (с использованием данных радиоуглеродного датирования и анализа стабильных изотопов)
Результаты этапа: Показано, что бугры пучения распространены на севере Европейской части России как в районах сплошного, так и прерывистого и островного распространения многолетнемерзлых пород. Южный предел распространения бугров пучения совпадает с южной границей распространения многолетнемерзлых пород. Определение радиоуглеродного возраста торфа, перекрывающего бугры пучения, показало, что бугры динамически развивались в голоцене, в течение голоценового оптимума происходила лишь частичная деградация бугров, и даже их рост вблизи южного предела их распространения. Выявлен циклическое развитие бугров пучения: после термокарстовой переработки и протаивания бугров, происходило осушение массива и повторное пучение и образование бугров. Циклический характер развития бугров подтверждается и данными изотопного состава углерода торфа. Значения δ13C торфа в разрезе бугра пучения высотой 3,5 м у пос.Никита в Большеземельской тундре возрастали от −29.2‰ в поверхностном торфе до −25.5‰ на глубине 5-25 см, ниже отмечалось снижение значений до −28, −29‰. Такое распределение δ13C, наряду с данными по ботаническому составу торфа, отражают смену режима обводнения и переход от анаэробных условий (при которых формировался торф с более легким изотопным составом углерода) к аэробным условиям формирования торфа (более тяжелый изотопный состав) в результате поднятия поверхности торфяника вследствие пучения. Рассмотрены особенности развития миграционных бугров пучения в криолитозоне Восточной Сибири и Дальнего Востока. Показано, что их ареал охватывает Чукотку, Камчатку, Сахалин, большую часть Дальнего Востока и Забайкалья. На Чукотке высота бугров редко превышает 1,0–1,5 м. На Камчатке встречены высокие (до 5–6 м) торфяные бугры. На Сахалине сезонные и многолетние бугры пучения встречаются на болотных массивах в прибрежных районах северной части острова, а также на Тымь-Поронайской низменности. Указано, что миграционные бугры пучения существенно осложняют эксплуатацию магистральных трубопроводов, дорог, крупных объектов строительства, аэродромов.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Голоценовая история развития бугров пучения и их современная динамика в разных природных зонах в условиях глобальных климатических изменений (с использованием данных радиоуглеродного датирования и анализа стабильных изотопов)
Результаты этапа: Выполнено сравнение распределения значений delta13C по торфу, слагающему выпуклобугристые торфяники в долине р. Усы в Большеземельской тундре в районе пос.Никита и Елецкая и полигональные торфяники на Ямале, в долине р.Щучья и в устье р.Сеяха. Мощность торфа достигает 5 м. В основании торфяника в долине р.Щучья залегает мощный (до 1,5 м) древесный горизонт, сложенный стволами березы и лиственницы. Присутствие корней и прикорневых веток свидетельствует об автохтонном характере залежи и о том, что деревья произрастали в котловине, занятой торфяником, а не были перенесены рекой. Торфяник в устье р.Сеяха содержит несколько слоев древесного торфа, встречаются стволы березы с корой, ветками, корнями в первичном залегании. Выразительным геокриологическим элементом полигональных торфяников на Ямале являются сингенетические повторно-жильные льды, высотой 46,5 м, рассекающие всю толщу торфа и проникающие в подстилающие отложения. Радиоуглеродное датирование показало, что исследованные торфяники формировались в период голоценового оптимума. Выпуклые торфяники в долине р.Уса в районе пос.Никита имеют возраст 6,3 – 1,5 тыс. лет, а торфяники в районе пос.Елецкая – 7,4 – 4,8 тыс. лет (Vasil'chuk et al., 2013). Полигональный торфяник на Ямале в долине р.Щучья формировался от 7,1 до 6,1 тыс. лет (Vasil'chuk et al., 2003). Формирование торфяной линзы на р.Сеяха (Зеленая) происходило 8,8 – 8,2 тыс. лет назад. Были получены данные по значительным вариациям значений delta13C в бугре пучения высотой 3,5 м в районе пос.Никита: значения δ13С варьировали от –28,6‰ в приповерхностном кустарничковом торфе с глубины 0,2 м до –25,5‰ в горизонте, сложенном остатками древесины и кустарников на глубине 0,4-0,5 м, вниз по разрезу значения δ13С снова понизились до –29,9‰ в древесном торфе (глубина 0,6 м) и до –28,6‰ в придонном древесно-хвощевом торфе (глубина 0,8 м). Наличие положительного изотопного пика фиксирует переход от анаэробных условий развития бугра к аэробным в результате пучения. Переход к анаэробным условиям развития бугра в районе пос.Никита способствовал поселению древесной и кустарниковой растительности на его поверхности. По торфу бугра пучения высотой 4,7 м в районе пос.Никита и бугра пучения в районе пос.Елецкая в Большеземельской тундре были получены довольно низкие значения delta13C – от –27,9 до –30,2‰, что скорее всего, указывает на высокую степень обводнения массива в процессе аккумуляции торфа и преимущественно анаэробные условия его разложения даже после поднятия бугра. Однородное распределение значений delta13C – от –28,0 до –28,6‰ было зафиксировано и в торфе полигонального торфяника в долине р.Щучьей на Ямале. Торф торфяника в устье р.Сеяха также характеризуется в целом равномерным распределением значений delta13C в диапазоне от –28,1 до –29,4‰, за исключением горизонта на глубине 1,4 м (значение delta13C по нему –26,1‰), который может фиксировать некоторое осушение торфяного массива около 8,2 тыс. лет назад. По образцам хорошо сохранившейся древесины березы в торфе ямальских торфяников получены существенно более положительные значения delta13C – от –22,1 до –26,2‰. Вариации значений δ13С в мерзлых торфяниках могут объясняться вариациями температуры вегетационного периода, среднелетней и/или среднеиюльской температуры. Полученные данные по распределению delta13C указывают на то, что аккумуляция торфа происходила преимущественно в условиях повышенной увлажненности массивов.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Голоценовая история развития бугров пучения и их современная динамика в разных природных зонах в условиях глобальных климатических изменений (с использованием данных радиоуглеродного датирования и анализа стабильных изотопов)
Результаты этапа: Выполнены детальные исследования бугров пучения, расположенных в южной и северной части их ареала в Большеземельской тундре, в долине р.Уса. Исследованные бугры пучения находятся на разных стадиях развития – от молодых растущих до зрелых и разрушенных. В пределах выпуклобугристого массива в районе пос.Никита (67°02' с.ш., 63°48' в.д., южный район распространения бугров) встречены как крупные бугры высотой до 5-8 м, так и невысокие бугры высотой до 0,5-2,0 м. Детально исследованы бугры пучения высотой 4,7 и 3,5 м, перекрытые торфом мощностью около 0,8 м, с большим количеством древесных остатков (ветки, древесина). В пределах выпуклобугристого массива в районе пос.Елецкая (67°16' с.ш., 63°39' в.д.) детально исследованы бугры пучения высотой от 1,5 до 4 м. Бугры сложены торфом с горизонтами хорошо сохранившихся древесных остатков (ветки, кора, древесина). Бугор пучения высотой 4 м размером 6х7 м, перекрыт торфом мощностью 1,15 м, бугор высотой 3,5 м перекрыт торфом мощностью 0,9 м, мощность торфа в соседнем бугре пучения высотой 3,5 м составляла 0,6 м на вершине и 0,5 м на склоне. Бугор высотой 3 м сложен слоями торфа черного, коричневого, рыжего и светлого, разной степени неоднородности и разложения с большим количеством плохоразложившейся древесины с корой и веточками. Мощность торфа более 0,6 м. Бугор пучения высотой 1,5 м, предположительно растущий, сложен торфом темно- и светло-коричневым с большим количеством древесных остатков, разной степени разложения. Также исследован типичный разрушенный бугор пучения высотой около 2 м, представляющий собой понижение, лишенное растительного покрова. Радиоуглеродное датирование показало, что исследованные бугры пучения формировались в период голоценового оптимума. В разрезе бугра высотой 4,7 м у поселка Никита на начало пучения и формирования бугра указывает переход от торфа, сформировавшегося 8,2-7,5 тыс. лет назад в условиях лесного хвощового болота (в интервале глубин 0,80-0,65 м) к торфу с высоким содержанием остатков деревьев (что, возможно, указывает на частичное осушение участка) на глубине 0,65 м, сформировавшемуся около 5,3 тыс. лет назад. В толще торфа, перекрывающего бугор пучения высотой 3,5 м древесина и остатки крупных кустарников с глубины 0,4-0,5 м указывают на субаэральные условия развития торфяника и начало пучения и датированы возрастом 6,3-6,1 тыс. лет. В районе пос.Елецкий в торфе бугра пучения высотой 4 м начало пучения и завершение субаквальной фазы развития бугра было выделено на глубине 0,3 м и датировано в 4,8 тыс. лет назад. Последующая субаэральная фаза длилась менее 5 тыс. лет. В толще торфа бугра пучения высотой 3,5 м по датировке 7,42–7,12 тыс. лет назад фиксируется осушение массива в результате начавшегося пучения. Скорее всего, особенно интенсивно процесс пучения близ пос.Елецкий происходил 7,7-6,2 тыс. лет назад бугры поднялись над поверхностью на 3-3,4 м. Полученные в 2016 г. новые 14С датировки по торфу бугров пучения в районе пос.Елецкий подтвердили их голоценовый возраст: торф бугра пучения высотой 3 м датирован от 1,4 тыс. лет на вершине до 6,4 тыс. лет в нижней части горизонта; торф бугра пучения высотой 1,5 м датирован от 1,7 до 6,4 тыс. лет; более древний возраст имеет торфяной слой, перекрывающий разрушенный бугор пучения кольцевидной формы – от 2,7 до 7,8 тыс. лет. Анализ торфа на содержание углерода и азота показало, что содержание углерода в торфе варьирует от 43 до 54%, азота – от 1,1 до 3,2%. Выявлено, что торф на буграх пучения характеризуется более высокими значениями содержания углерода и азота, чем современная растительность и торф увлажненных межбугровых понижений. В более обводненном межбугровом понижении в торфе с глубины 0-10 см содержание N составило 1,65%, в наименее обводненном межбугровом понижении в поверхностном торфе 0-10 см содержание N = 1,28%, а между этими двумя точками было отобрано два образца с глубин 0-10 и 15-17 см - содержание N в верхнем образце 1,23%, в нижнем – 3,12%. Содержание углерода в современной растительности с поверхности бугра пучения высотой 3,5 м варьировало в более широком диапазоне – от 38 до 53%. В увлажненном межбугровом понижении современные мхи и злаки характеризовались значениями С 42-43%. Полученные значения содержания азота и углерода в торфяном покрове бугров пучения указывают на накопление слабогумифицированного органического вещества, т.е. на низкую степень разложения торфа. Для выявления стадий развития бугров пучения был применен анализ изотопного состава углерода торфа, перекрывающего бугры. Исследования показали, что не все бугры пучения характеризуются наличием контрастного распределения значений изотопного состава углерода, отражающим смену условий торфонакопления и процесс пучения. Так, по торфу бугров пучения в районе пос.Елецкий получены в целом довольно низкие значения delta13С – в торфе всех исследованных бугров они варьировали в основном в диапазоне от –28 до –30‰. В торфе бугра пучения высотой 3,5 м выделены несколько положительных пиков значений delta13С – до –26‰, –27‰, на глубине 7 см на вершине бугра и на глубинах 30 и 60 см – в торфе на склоне бугра. В торфе бугра пучения заметный изотопный сдвиг выявлен в шурфе на склоне: на глубине 20-10 см значения delta13С варьировали от –29,9 до –27,9‰. Незначительные вариации изотопного состава углерода отмечены в торфяном слое бугра пучения высотой 1,5 м и разрушенного бугра. Такое распределение значений delta13С в торфе разрушенного бугра, по мнению П.Крюгера с соавторами (Kruger et al., 2014), может объясняться криотурбациями и перемешиванием горизонтов торфа в процессе протаивания и проседания. Довольно контрастное распределение значений изотопного состава углерода отмечено для торфа межбугровых понижений – значения delta13С варьируют от –25,5‰ до –30‰, что, возможно, отражает смешение современной растительности (для которой на исследуемом участке получены значения delta13С от –25,7‰ до –32,2‰), и торфа, сносимого с поверхности бугров в результате водной или ветровой эрозии. Полученные данные изотопного состава углерода торфа, наряду с данными по содержанию азота и углерода, отражают в целом анаэробную обстановку торфонакопления, низкую степень разложения, что может быть обусловлено высокой степенью увлажненности торфяных массивов в период аккумуляции торфа. В торфе бугра пучения высотой 3,5 м в районе пос.Никита были получены более контрастное распределение значений delta13С: от –28,6‰ в приповерхностном кустарничковом торфе с глубины 0,2 м до –25,5‰ в горизонте, сложенном остатками древесины и кустарников на глубине 0,4-0,5 м, вниз по разрезу значения delta13С снова понизились до –29,9‰ в древесном торфе (глубина 0,6 м) и до –28,6‰ в придонном древесно-хвощевом торфе. Наличие положительного изотопного пика можно рассматривать как смену режима обводнения и переход от анаэробных условий (при которых формировался торф с более легким изотопным составом углерода) к аэробным условиям формирования торфа (более тяжелый изотопный состав) в результате поднятия поверхности торфяника вследствие пучения. Полученные данные отражают циклический характер развития бугра: после термокарстовой переработки и протаивания бугра, происходило осушение массива и повторное пучение. По торфу бугра пучения высотой 4,7 м в районе пос.Никита были получены довольно низкие значения delta13С – от –27,9 до –29,8‰, что скорее всего, указывает на высокую степень обводнения массива в процессе аккумуляции торфа и преимущественно анаэробные условия его разложения даже после поднятия бугра. Выполнено сравнение распределения изотопного состава углерода бугров пучения и плоских полигональных торфяников Ямала. Было выявлено однородное распределение значений delta13С – от –28,0 до –28,6‰ в торфе мощностью 4,5 м полигонального торфяника в долине р.Щучьей. Торф торфяника мощностью 5 м в устье р.Сеяха на Ямале также характеризуется в целом равномерным распределением значений delta13С в диапазоне от –28,1 до –29,4‰, за исключением горизонта на глубине 1,4 м (значение delta13С по нему –26,1‰), который может фиксировать некоторое осушение торфяного массива около 8,2 тыс. лет назад. По образцам хорошо сохранившейся древесины березы в торфе ямальских торфяников получены существенно более положительные значения delta13С – от –22,1 до –26,2‰. Возможно, что повышение летних температур воздуха в период голоценового оптимума, обусловившее продвижение на север древесной растительности, отразилось в более высоких значениях изотопного состава углерода. На основании проведенных исследований сделаны основные выводы. 1. Бугры пучения на северо-востоке Большеземельской тундры активно формировались и в период голоценового оптимума, формируются они и в настоящее время. 2. Исследованные бугры пучения находятся на разных стадиях развития – от молодых растущих до зрелых и разрушенных. 3. В пределах исследуемых бугристых массивов в голоцене неоднократно изменялись условия обводнения, менялся состав растительного покрова, варьировали температуры периодов вегетации. 4. Аккумуляция торфа в пределах исследуемых районов происходила преимущественно в условиях повышенной обводненности массивов, многолетнемерзлое состояние торфа определило низкую степень его разложению и гумификации. 5. Как для периода голоценового оптимума, так и в настоящее время отмечено циклическое развитие бугров пучения, что обусловлено как общими климатическими изменения (температура воздуха и снежность зим), так и локальными факторами, например, изменениями увлажненности массивов. Были проведены полевые исследования бугров пучения в пределах озерно-болотной котловины, в 1 км севернее ст.Абезь, 2098 км ж/д Москва-Воркута. Бугры пучения невысокие, идентифицируются по слабой выпуклости поверхности, темно-коричневому цвету (на фоне светло-коричневого цвета растительности котловины), а также зарослям кустарниковой растительности. Заложены 2 шурфа - на наиболее репрезентативном бугре пучения, и в межбугровом понижении.Отмечено существенное снижение высоты бугров за последние 15 лет (по сравнению с данными, полученными в 2001 г.), вероятно, обусловленное протаиванием ледяного ядра. Отобрано 30 образцов торфа на репрезентативном бугре пучения высотой 1,5 м и в межбугровом понижении, выполнены изотопно-геохимические определения углерода и азота с шагом 5 см.Полученные профили распределения значений изотопного состава углерода и азота по торфу бугра пучения характеризуются отсутствием пиков, что указывает на их деградационное состояние. Анализ температурных данных по району исследований не показал тренда повышения среднегодовых температур воздуха, что позволяет сделать вывод о том, что деградация бугров пучения на данном участке обусловлена скорее всего изменением гидрологического режима, вероятно, в результате строительных работ по прокладке газопровода Бованенково-Ухта. Основные научные результаты, полученные в ходе выполнения проекта, опубликованы в 8 статьях в рецензируемых изданиях.

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".