КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 17-17-01270

НазваниеРеконструкция природной среды и климата Кавказа и юга Европейской России за последнее тысячелетие по данным ледниковых кернов Эльбруса

РуководительМихаленко Владимир Николаевич, Доктор географических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт географии Российской Академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2017 г. - 2019 г.  , продлен на 2020 - 2021. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-703 - Гляциология

Ключевые словаЛедниковые керны, изменения климата, реконструкции высокого разрешения, колебания ледников, климатические модели, Эльбрус, радиолокация, изотопы

Код ГРНТИ39.19.29


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Из-за интенсивного современного потепления, деградации ледников и растущей антропогенной нагрузки высокогорные палеоклиматические архивы катастрофически исчезают. В нашем проекте будут получены ледниковые керны на Северном Кавказе и размещены в хранилище палеоклиматической информации, создаваемом для этих целей. Одна часть архива сохраняется для будущих исследований, другая будет проанализирована с использованием современных аналитических методов. В кернах льда будет определен изотопный и химический состав, концентрация микрочастиц и несгоревшего углерода, и на этой основе выполнены реконструкции температуры воздуха, атмосферных осадков, загрязнения атмосферы, вулканической активности в регионе. Разработанные в последнее десятилетие климатические модели используются для понимания динамики климата за последнее тысячелетие. Новые косвенные палеоклиматические данные по Северному Кавказу будут сопоставлены с результатами численного моделирования климата в рамках программ PMIP3/CMIP5. Будет проанализирована изменчивость климата в течение последнего тысячелетия, отдельно предполагается рассмотреть доиндустриальный период (1750-1900 гг.) и последние 50 лет по данным реанализов NCEP/NCAR, ERA-INTERIM, CFSR. На основе сравнения результатов моделирования по выделенным временным отрезкам будут получены количественные оценки относительного вклада естественных и антропогенных факторов в климатическую региональную изменчивость на Северном Кавказе. Отдельно будет изучен вопрос генезиса осадков в высокогорных районах Северного Кавказа. Для отдельно взятых контрастных летних сезонов планируется осуществить численные эксперименты по воспроизведению метеорологического режима с помощью мезомасштабной негидростатической атмосферной модели WRF-ARW. На основе анализа модельных полей влагосодержания, облачности, дивергенции ветра, завихренности и поля осадков будет выявлена доля местной и адвективной влаги в осадкообразовании. Будет выполнена оценка чувствительности модели к некоторым ключевым факторам, потенциально оказывающим сильное влияние на региональный климат (например, температура поверхности Средиземного и Черного моря, аномалии температуры поверхности в Северной Атлантике, а также арктический морской лед). Эти воздействия будут изучены в обособленных экспериментах по моделированию с использованием глобальной модели общей циркуляции атмосферы ECHAM5 высокой разрешающей способности. Основное внимание проекта будет обращено на исследование теплых периодов и периодов «ненарушенного» климата, что позволит лучше понять и объяснить масштаб современного потепления, отступания ледников, антропогенного влияния и других связанных с ними природных процессов, происходящих в настоящее время на Северном Кавказе. В результате выполнения проекта будет сохранен и изучен единственный в Европе и на юге России ледниковый архив палеоклиматических данных, охватывающий последнее тысячелетие. Полученные при выполнении проекта данные позволят впервые реконструировать с высокой точностью количество осадков, состав атмосферных аэрозолей, повторяемость засушливых периодов, историю загрязнения атмосферы для Северного Кавказа и примыкающего региона.

Ожидаемые результаты
1. Будут получены уникальные керны ледников Эльбруса и Казбека. В рамках проекта предполагается создание надежного кернохранилища для длительного хранения кернов в расчете на использование этого материала в будущем, когда появятся новые виды анализа. 2. Реконструкция высокого разрешения температуры воздуха, количества атмосферных осадков, состава атмосферных аэрозолей, вулканической активности, пожаров, изменчивости атмосферной циркуляции и их связь с колебаниями ледников и изменчивостью увлажненности. 3. Создание каталога экстремальных и катастрофических событий и определение их рекуррентного интервала для задач географического прогнозирования. Анализ причин наводнения в Крымске в 2012 г. показал, что отсутствие надежных данных об аномальных осадках делает невозможным прогноз подобных явлений с помощью статистических методов. В связи с этим предлагаемый анализ экстремальных климатических характеристик в прошлом представляется крайне значимым. 4. Создание комплексной реконструкции изменений природной среды и климата для юга Европейской части России и валидация климатических моделей для последнего тысячелетия. Основной причиной недостоверности климатических моделей является недостаток информации об изменении климатических характеристик в прошлом. Результаты проекта позволят существенно увеличить количество доступных палеоклиматических данных для данной территории. Помимо большой научной значимости выполнение данного проекта имеет общественное значение. Позволит внести вклад России в международную инициативу по сохранению ледниковых архивов (Protecting ice memory). Эта инициатива поддерживается ЮНЕСКО и предусматривает проведение кернового бурения в наиболее перспективных с точки зрения реконструкции климата горных ледниках где высока степень риска полного исчезновения палеоархивов из-за потепления климата. Наши предыдущие работы показали, что Эльбрус и Казбек относятся именно к таким точкам. Необходимо как можно скорее осуществить проекты кернового бурения пока продолжающееся потепление в горах Кавказа не привело к размыванию климатического сигнала в толще ледников. Все полученные результаты будут опубликованы в серии статей в российских и зарубежных журналах, а также в монографии, завершающей работы по проекту.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В 2017 г. в рамках работы по проекту была выполнена комплексная характеристика климата Центрального Кавказа, основанная на анализе инструментальных данных и результатах математического моделирования. Были привлечены данные сетевых метеостанций, результаты экспедиционных исследований на Эльбрусе и Казбеке. Анализ данных показал, что статистически значимого тренда, соответствующего общей направленности изменения глобальной температуры во второй половине XX и в XXI веке, не прослеживается. Исключение составляет лишь 2010 г., когда величина сезонной аномалии достигла 2,5°С. Второй по значимости оказалась аномалия 1955 г., составившая 2,1°С. В динамике восстановленных аномалий средней сезонной температуры на южном склоне Эльбруса четко прослеживается три периода: теплый 1948-1967 гг., относительно холодный 1968-1995 гг., и теплый 1996-2013 гг. При отсутствия значимого тренда температуры в летний сезон и осадков в зимний период наблюдается активное таяние ледников Эльбруса в последние 10-15 лет. В период 2001-2010 отмечалась значительные аномалии радиационного баланса, величина которых за летний сезон достигла 50 мДж (по сравнению со средним значением за 1961-1990 гг.). Выполнено сравнение существующих моделей датирования льда. Оценена применимость различных моделей для датирования ледникового керна на Эльбрусе. Ведется разработка 3D-модели растекания льда на Западном плато Эльбруса с учетом реальных данных о полях аккумуляции, ее распределении во времени, полях высоты поверхности и подледникового ложа и распределения температуры внутри тела ледника. Для определения влияния пространственной изменчивости изотопного состава снежного покрова на климатический сигнал в ледниковых кернах Эльбруса нами были отобраны образцы свежевыпавшего снега на Западном плато. Изотопный состав (δ18О) варьировал в пределах -10,2 - -8,2 ‰ при среднем значении -9,3‰ и стандартном отклонении 0,2 ‰. Это свидетельствует о равномерном распределении изотопного состава по поверхности. В тоже время для 4 образцов в различных точках на плато был измерен более тяжелый изотопный состав (в среднем δ18О = - 5.5 ‰). Наиболее вероятными причинами такого резкого отличия в изотопном составе служат локальное перераспределение снега метелевым переносом и захват нижележащих слоев снежного покрова при пробоотборе. Для оценки климатического сигнала, содержащегося в исследованных в керне льда величинах, и влияния шума на его сохранность был выполнен статистический анализ временного ряда изотопов кислорода 18O в Эльбрусском керне 2009 г. Сохранность сезонного сигнала заметно снижается после 1898 г., когда его величина становится соизмерима со случайными отклонениями (шумом). Проведенный анализ показал, что долгопериодическая составляющая в изотопном сигнале на Эльбрусе удовлетворительно описывает межгодовые климатические изменения в регионе. При этом высокочастотная составляющая, которая отражает сезонные колебания климатического сигнала, отчетливо прослеживается до глубины 127 м в.э. Глубже сезонная цикличность становится не столь очевидно выраженной, а ранее 1822 г. сезонный сигнал невозможно выявить при данной частоте пробоотбора. При дальнейших исследованиях количество образцов при дискретном анализе должно быть значительно увеличено. С 23 июля по 6 августа 2017 г. были проведены полевые исследования на Эльбрусе. Участники экспедиции в количестве 6 человек и научное оборудование общим весом около 1 т были доставлены на Западное плато (5100 м) вертолетом. Были выполнены радиолокационные измерения несколькими радарами: а) низкочастотная радиолокационная съёмка толщины льда с помощью 20 МГц радара ВИРЛ-7; б) высокочастотная съёмка толщины снежного покрова и фирна с помощью радара ЗОНД 12-е с антеннами 300 и 500 МГц. Измерения проводились по сети профилей общей протяжённостью более 25 км на всей площади Западного плато. Было пройдено около 6,5 км профилей с измерениями толщины льда, на 6 км которых (14500 точек измерений) получены чёткие отражения от подлёдного ложа. Максимальная измеренная толщина льда на плато достигает 260±8 м, а в среднем она равна 151±4 м. На пересечениях профилей в 16 точках расхождение измеренных толщин составило в среднем 6 м при разбросе значений от 0,1 до 16 м. Анализ карты толщины льда показывает, что область наибольших значений смещена от центра плато к его северной части, а наименьшая толщина обнаруживается в западной части, а также в восточной, примыкающей к крутой стене Западной вершины. Карта рельефа подледникового ложа показывает, что в центре плато расположена воронка со смещением наименьших высот к северной части, борта с запада, севера и востока поднимаются довольно круто. При этом в двух направлениях – северо-запад и юг – в рельефе ложа прослеживаются понижения, соответствующие направлениям стока льда в ледники Кюкюртлю и Большой Азау. Для измерения высоты ледниковой поверхности выполнена съемка с использованием дифференциального GPS По результатам высокочастотной радиолокационной съёмки построена карта пространственного распределения аккумуляции снега на плато в 2017 г. Проведен отбор атмосферных осадков на Западном плато Эльбруса для определения их изотопного состава. Фиксировалась температура воздуха в момент выпадения осадков. Зависимость изотопного состава осадков от температуры описывается уравнением: δ18O = 0,3T - 3,37 (R2 = 0,99), коэффициенты которого схожи с аналогичным уравнением для Тибетского плато. На Эльбрусе, как и на Тибетском плато, приведенные зависимости построены по данным отдельных снегопадов. Небольшой наклон линий объясняется ограниченным временем пробоотбора и отсутствием экстремальных значений (как положительных, так и отрицательных) при построении зависимостей. Во время полевых работ на Западном плато Эльбруса было проведено бурение скважины до глубины 24 м с непрерывным отбором керна льда. Бурение выполнено с помощью буровой установки Ice core drill Type D-2. На месте бурения проводилось предварительное стратиграфическое описание керна, измерение плотности и упаковка. Образцы хранились в специальных термоизоляционных контейнерах при отрицательной температуре. После окончания бурения была измерена температура при помощи термисторов с точностью 0,1°С. Ледниковые керны в замороженном виде были доставлены в холодную лабораторию Института географии в Москве, где они хранятся при температуре -20°С. В холодной лаборатории было выполнено детальное стратиграфическое описание керна, измерена плотность на 265 индивидуальных образцах снега и фирна, произведен отбор образцов на изотопный и геохимический анализы. В кратере восточной вершины Эльбруса на высоте 5600 м было проведено радиолокационное зондирование локатором частотой 300 МГц. Толщина льда варьирует от 39,5 м до 78 м. Составлена карты толщины льда. Выполнены исследования в шурфах снега на восточной вершине Эльбруса, в области питания ледника Гарабаши на южном склоне. Были отобраны образцы снега на изотопно-геохимический состав, которые переданы для лабораторных анализов. Для исследования геохимического фона в атмосфере над Эльбрусом были отобраны образцы снега из фумаролы вблизи кромки кратера восточной вершины Эльбруса. Во время экспедиционных работ на Западном плато Эльбруса были выполнены стандартные метеорологические наблюдения при помощи автоматической метеостанции DAVIS, которые включали измерения температуры воздуха, влажности, атмосферного давления, направления и скорости ветра. Для измерения количества атмосферных осадков на северо-западном гребне Эльбруса на высоте 5200 м был установлен акустический осадкомер R2S-UMD. Были отобраны воздушные аэрозоли на кварцевые (частицы) и нейлоновые (газы) фильтры. Прокачка воздуха осуществлялась с помощью воздушного насоса. Отобрано 6 наборов фильтров, а также дополнительные контрольные образцы. В среднем прокачивалось 30 м3 воздуха в течение 15 часов. Химический анализ фильтров запланирован на 2018 г. Анализы изотопного состава снега и фирна были выполнены в Лаборатории климата и окружающей среды ААНИИ для 207 образцов. 137 образцов было проанализировано в химической лаборатории геологического факультета МГУ на содержание 57 элементов, включая редкоземельные элементы и тяжелые металлы. Для того чтобы оценить вклад различных источников в состав образцов пыли, оседающей в снеге и льду был выполнен анализ минералогического состава образцы пыли из проб снега и льда, а также образцы пород, почв и техногенных отвалов вблизи Эльбруса. Рентгенодифракционный анализ проводился при помощи рентгеновского дифрактометра Ultima-IV фирмы Rigaku (Япония). Была проведена закупка научного оборудования и снаряжения. В 2017 г. участники проекта приняли участие в трех международных конференциях, где было сделано четыре устных доклада, один из которых приглашенный. По результатам исследований было опубликовано две статьи. Описание проекта и результаты работ в первый год проекта отражены на сайте http://glac.igras.ru/rsf17-17-01270/ План работ на 2017 г. выполнен полностью.

 

Публикации

1. Михаленко В.Н., Кутузов С.С., Лаврентьев И.И., Торопов П.А., Абрамов А.А., Полюхов А.А. Гляциологические исследования института географии РАН на Эльбрусе в 2017 г. Лед и Снег, 57(3):292 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-3-292

2. Хайрединова А.Г., Кутузов С.С., Жино П., Михаленко В.Н. сравнительный анализ коротких кернов Казбека и Эльбруса для получения информации об окружающей среде Современные подходы к изучению экологических проблем в физической и социально-экономической географии. Сборник материалов конференции. Курск, 2017., С. 110-121 (год публикации - 2017)

3. - Исследователи из Института географии РАН начали работы по созданию "климатической библиотеки" Вести.Ru, 8 августа 2017 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В июне-июле 2018 г. сотрудниками Института географии РАН в соответствии с планом исследований было проведено глубокое керновое бурение льда на Западном плато Эльбруса. При бурении была использована электро-механическая установка CRS (Cryospheric Research Solutions, USA), позволяющая получать керн до глубины 300 м. Доставка бурового оборудования, материалов и снаряжения от вертолетной площадки на поляне Азау в Приэльбрусье до точки бурения на высоте 5150 м над уровнем моря, а также спуск оборудования и кернов льда в замороженном состоянии производились вертолетом компании «Heliaction», г. Пятигорск. Всего было перевезено 4,5 т груза, из которых 1,5 тонны ледникового льда. В результате было пробурено две скважины. Первая достигла глубины 150,3 м и была остановлена, когда буровой снаряд достиг скопления каменного материала в теле ледника. Вторая скважина достигла глубины 119,8 м и бурение было остановлено из-за проблем, связанных с включениями каменного материала и наклоном ствола скважины. Все 270 м полученного керна были доставлены вниз вертолетом и перевезены рефрижератором в Москву, где в настоящее время находятся в холодильнике в г. Подольске. Было выполнено сравнение данных, полученных в 2018 г. при керновом бурении на Западном плато и исследовании неглубокого фирнового керна и образцов из снежного шурфа в кратере Восточной вершины. Было установлено, аккумуляция снега на Восточной вершине в три раза меньше, чем на плато. При этом зимние горизонты (изотопически более легкие) в кратере Восточной вершины оказываются слабо выраженными. Это свидетельствует о ветровом сносе части зимних осадков, что сильно снижает возможность использования данной точки для палеоклиматических исследований. Температурные измерения проводились в первой из двух пробуренных скважин – 150 м. В течение двух недель скважина выстаивалась до установления стационарного температурного режима. Измеренный в 2018 г. температурный профиль несколько отличается от результатов предыдущих измерений. Он характеризуется меньшим градиентом изменения температуры с глубиной в верхней части толщи. В интервале глубин 130-150 м в скважине 2018 г. градиент изменения температуры с глубиной фактически идентичен температурному градиенту на глубинах 110-130 в скважине 2009 г. и составляет 0,134°С / м. Полученные данные свидетельствует о более сложном температурном поле ледника, чем это можно предположить из данных одной скважины. Такая информация впервые была получена при бурении глубоких скважин в ледниках, поскольку обычно буровые проекты ограничиваются измерениями в одной точке. Наличие нескольких точек термометрии позволит верифицировать модель распределения температуры в толще ледника на Западном плато Эльбруса. В результате полевых и лабораторных работ были определены плотности всех фрагментов кернов, полученных на Западном плато: 1 - 24 м керн 2017 г. с разрешением 10 см, два керна 2018 г. 150,3 м и 120,5 м. Толща снега, фирна и льда, вскрытая в результате кернового бурения 2017 г., в целом однородна. Наблюдается незначительное количество ледяных прослоев радиационного происхождения, а также отдельные горизонты, свидетельствующие о таянии. При рассмотрении фрагментов керна в проходящем свете они видны в большинстве случаев как компактные пачки из нескольких тонких прослоев, лучше проводящих свет, чередующиеся в разрезе с горизонтами снега, фирна и льда рекристаллизационного генезиса. На глубинах 73-75 м, а также на глубине 149,5-150 м наблюдается повышенное содержание минеральных включений, что, судя по всему, повлияло на скорость бурения и качество керна и, в конечном итоге не позволило завершить скважину. Изотопный профиль имеет хорошо выраженный сезонный сигнал. Амплитуда сезонных изменений δ18O составляет 25,2‰, при средних значениях -25‰ в холодный период и -10‰ в теплый период. Максимальное значение -5,2‰, приуроченное к лету 2014 года, минимальные – 30,2 ‰, относится к зиме 2011/12 гг. При уменьшении температуры на 1 °С содержание δО18 уменьшается как правило на 0,7‰. Соотвественно перепад температур составляет 35,7°С. Коэффициенты связи изотопного состава с температурой непостоянны во времени и это лишь примерная оценка. Изотопный состав керна 2017 года хорошо согласуется и дополняет полученные ранее результаты по кернам 2009 и 2013 гг. Датирование керна позволила оценить среднюю аккумуляцию в точке бурения на западном плато Эльбруса. Она составила 2200 мм в. экв. в 2012-2017 гг. При этом по результатам предыдущего бурения в точке, отстоящей на 300 м, аккумуляция в 2007-2012 гг. составляла 1700 мм в. экв. Таким образом, результаты изотопных исследований подтвердили, что бурение 2017 года проводилось в зоне максимального снегонакопления на плато. Совмещение изотопных профилей керна 2017 г и керна 2013 г. показано на рис. 5.2. Обращает на себя внимание существенное отличие изотопных записей для зимнего сезона 2011/2012 г. В то время как в керне 2017 г. зарегистрированы минимальные значения, в керне 2013 г. зимний слой практически отсутствует. Судя по всему в точке бурения 2013 г. зимние горизонты были частично потеряны за счет ветрового переноса, тогда как в зоне большей аккумуляции снега изотопный сигнал сохранился полностью. Это обстоятельство следует учитывать при интерпретации керна 2009 г. По результатам изотопного анализа проб атмосферных осадков был построен график линии метеорных вод. Уравнение линии метеорных вод соответствует полученному ранее по результатам исследования ледникового керна. Наклон линии регрессии близок к 8, что свидетельствует о равновесных условиях формирования осадков. Данные, полученные по результатам исследования изотопного состава проб снега из шурфа, охватывают холодный сезон и начало тёплого сезона. Относительная концентрация кислорода-18 и дейтериевый эксцесс изменяются в противофазе, то есть, для холодного сезона характерны более низкие значения кислорода-18 и более высокие значения дейтериевого эксцесса, что типично для атмосферных осадков. Изотопный состав снега, выпавшего в тёплый период года соответствует изотопному составу атмосферных осадков, отобранных в июне-июле 2018 года. В период С 24 июня по 17 июля на Западном плато Эльбруса был выполнен комплекс метеорологических наблюдений, включающий измерения температуры воздуха, относительной влажности, температуры точки росы, средней и максимальной скорости ветра, компонент радиационного баланса, температуры на поверхности снежного покрова и на глубине 15 см, толщины снежного покрова и его плотности и визуальные наблюдения за облачностью и состоянием диска солнца. Были получены оценки диапазона наиболее вероятных значений метеорологических величин в точке бурения, основанные на натурных данных. Они будут использованы для тестирования и коррекции данных реанализов и мезомасштабного моделирования, в результате чего будет восстановлен метеорологический режим в точке бурения за последние 40 лет. Была выполнена оценка компонентов теплового баланса. Показано, что на высотах около 5000 метров над уровнем моря величина радиационного баланса примерно в полтора раза меньше, чем в зоне абляции за счет альбедного эффекта и существенно меньшей водности облаков. Вклад турбулентных потоков тепла и влаги в тепловой баланс на уровне Западного плато не превышает 10%, в то время, как в условиях областей абляции ледников Кавказа эта величина может достигать 40 %. Для моделирования метеорологического режима на Эльбрусе была использована мезомасштабная атмосферная модель WRF-ARW, версия 3.4.1. Было проведено 3 численных эксперимента. Показана применимость данной модели для восстановления метеорологического режима на Западном плато Эльбруса. В 2018 г. нами была выполнена реконструкция температуры на глубине основания деятельного слоя ледника (≈10 м) на Западном плато Эльбруса за период 1930-2008 гг. по профилям температуры, плотности фирново-ледяной толщи и скорости вертикального массопереноса (адвекции) в 182-м скважине. Для построения более детальной реконструкции, учитывающей высокочастотные колебания температуры, были привлечены дендрохронологические данные по Центральному Кавказу. Полученная реконструкция сопоставлена с данными высокогорных метеорологических станций, а также с данными реанализа. В течение 2018 г. нами была выполнена установка, тестирование и апробация на реальных данных программного обеспечения Elmer/Ice для численного моделирования динамики ледников. Реализована трехмерная модель стационарного течения Стокса несжимаемой нелинейно вязкой теплопроводящей жидкости (льда) при фиксированной геометрии ледника. Произведена томографическая съемка ледникового керна с Западного плато Эльбруса., что позволило выявить неоднородности в структуре ледникового керна. Результаты исследований по проекту в 2018 г. были представлены на 7 конференциях, одна статья была опубликована, две приняты к печати, еще 5 подготовлены к печати.

 

Публикации

1. Потемкин А.Д.,Дорошина Г.Я., Михаленко В.Н. Liverworts and mosses at the top of Elbrus (Caucasus) and bryophytes near limits of their altitudinal distribution Новости систематики низших растений, Т. 52. № 1. С. 183-193 (год публикации - 2018)

2. Тиелидзе Л.,Болх Т., Уит Д., Кутузов С., Лаврентьев И., Земп М. Brief communication: Supraglacial debris-cover changes in the Caucasus Mountains The Cryosphere, - (год публикации - 2019)

3. Торопов П.А., Алешина М.А., Грачев А.М. Climatic factors driving the degradation of the Greater Caucasus glaciation in the 20th-21st century International Journal of Climatology, - (год публикации - 2019)

4. Лаврентьев И., Кутузов С., Абрамов И., Михаленко В. Ice thickness in the Elbrus summit area from low frequency radar survey Abstracts volume. International youth scientific conference on the polar geodesy, glaciology, hydrology and geophysics, AARI, St. Petersburg, Russia, 17-19 May, 2018. — AARI St. Petersburg, Russia, 2018., p. 48 (год публикации - 2018)

5. Лаврентьев И.И., Кутузов С.С., Михаленко В.Н., Абрамов А.А. Spatiotemporal variations of snow accumulation over western Elbrus plateau (5100 m asl), Central Caucasus from high frequency radar measurements Geophysical Research Abstracts, Vol. 20, EGU2018-17919 (год публикации - 2018)

6. Тюфлин С., Черняков Г., Нагорнов О., Михаленко В., Кутузов С., Торопов П. Reconstruction of temperature changes on the Elbrus Western Plateau based on temperature measurements in boreholes PRACTICAL GEOGRAPHY AND XXI CENTURY CHALLENGES International Geographical Union Thematic Conference to the Centennial of the Institute of Geography of the Russian Academy of Sciences Том. Part 2. Thematic Sessions & Special Sessions and Symposiums, Т. 2, с. 98 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.15356/IGRAS100CONF_V2

7. Тюфлин С.А., Черняков Г.А., Нагорнов О.В., Михаленко В.Н., Кутузов С.С., Торопов П.А. Реконструкция прошлых температур на Западном плато Эльбруса по данным скважинных измерений 11-ая молодежная научная школа-конференция "Меридиан". От теории к практике в исследованиях природы и общества, - (год публикации - 2018)

8. - Интервью с И.И. Лаврентьевым Фейсбук Арктического и Антарктического научно-исследовательского института, - (год публикации - )

9. - НА КАВКАЗЕ УСПЕШНО ЗАВЕРШИЛАСЬ ЭКСПЕДИЦИЯ ИНСТИТУТА ГЕОГРАФИИ РАН Сайт Института географии РАН, - (год публикации - )

10. - Лед из России отправят в Антарктиду Программа "Вести",телеканал Россия 24, - (год публикации - )

11. - Архив утекает N+1, - (год публикации - )

12. - РНФ сайт На Кавказе успешно завершилась экспедиция Института Географии РАН и международного проекта Ice Memory, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Для исследования климатического сигнала, содержащегося в изотопном составе снега и льда, был организован отбор атмосферных осадков на поляне Азау в Приэльбрусье на высоте 2300 м. Наиболее тесная связь изотопного состава была получена при корреляции со средней суточной температурой воздуха, измеренной на метеостанции в пос. Терскол (2140 м). Зависимость изотопного состава осадков от температуры описывается уравнением, коэффициенты которого схожи с аналогичными результатами, полученными для Тибетского плато, высокогорья Тянь-Шаня и перуанских Анд. Проведен комплексный анализ изотопного состава снега и льда во всех кернах, полученных на Западном плато Эльбруса, в седловине, на Восточной вершине, а также в снежных шурфах. Было показано, что в снежной толще с Восточной вершины отсутствуют наиболее лёгкие значения δ18О, характерные для Западного плато. Общий диапазон изменчивости δ18О для вершины меньше, чем для плато, что может быть связано с возможной потерей части изотопного сигнала на вершине. Потеря части изотопного состава атмосферных осадков на Восточной вершине обусловлена ветровым сносом уже отложенного снега или отсутствием части снегопадов на этом высотном уровне. Реконструкция аккумуляции и количества атмосферных осадков на Западном плато Эльбруса была выполнена за период 1774-2015 гг. с сезонным разрешением. Для разделения данных метеостанций на летний и зимний сезоны нами использован показатель потенциальной конвективной неустойчивости атмосферы (CAPE), восстановленный из данных реанализа ERA-Enterim. Анализ изменчивости реконструированной аккумуляции показал, что период ее повышенных значений в 1774-1830 гг. предшествовал известному наступанию ледников на Кавказе в 1850-1870 гг. За периодом высокой годовой аккумуляции снега на плато в 1840-1900 гг. последовало наступание ледников в первой трети ХХ в. Пониженная аккумуляция в области питания ледников с начала 1950-х гг. способствовала ускоренному сокращению оледенения в регионе. Анализ изменчивости зимних осадков показал, что пики повышенной аккумуляции на плато соответствуют годам, когда наблюдался сход катастрофических снежных лавин в Приэльбрусье (1967/68, 1975/76, 1986/87 и 1992/93). Получены данные о минералогическом составе снега на Северном Кавказе на высотах 2100 5100 м. Образцы представлены глинистыми (смектит, палыгорскит, иллит, каолинит, хлорит) и неглинистыми (кварц, кальцит, доломит, полевые шпаты) минералами. Для образцов на ледниках Эльбруса содержание глинистых минералов составляет более 60%, что при условии более мелких размеров их частиц свидетельствует о дальнем переносе. В образцах Эльбруса, отобранных из горизонта, образовавшегося в результате мощного события переноса пыли, прослеживается снижение доли кальцита с высотой. Было показано, что для Западного плато Эльбруса кальций служит показателем дальнего переноса пыли, так как кальциты отсутствуют в окружающих вулканических породах. Полученные данные подтверждают выдвинутые ранее предположения, что минералогический состав, а именно доля глинистых минералов, присутствие палыгорскита и кальцита могут быть использованы в качестве дополнительного критерия для определения источников поступления микрочастиц на поверхность ледников Эльбруса. Завершен анализ данных по химическому составу и концентрации пыли из 182-м ледяного керна c Западного плато Эльбруса. Всего было проанализировано 3724 образца до глубины 168,6 м. Анализ неглубокого керна 2013 г. позволил продлить существующую хронологию. Запись охватывает 1774-2013 гг. Крупные спорадические события переноса пыли из источников, расположенных на Ближнем Востоке и в Северной Африке, достигают Эльбруса ежегодно 5-6 раз в год. Перенос происходит чаще в весеннее-летнее время. Такие события существенно влияют на химический состав и увеличивают концентрацию многих химических соединений из-за присутствия в минеральных частицах, либо в результате взаимодействия щелочных частиц с кислотными соединениями во время переноса. До 1900 г. концентрация пыли менялась незначительно, находясь на уровне 50-70 ppb. Сезонность также была выражена слабо. С 1950-х гг. наблюдается устойчивый рост концентрации. С увеличением частоты событий и массы переносимой пыли одновременно увеличилась фоновая концентрация (на 100 ppb). К 2000-2012 гг. концентрация пыли возросла в 4 раза по сравнению с XIX в, что было характерно и для 1960 х гг. Максимальная концентрация кальция зарегистрирована для 1999 и 2000 гг. (980 и 850 ppb). Для доиндустриального времени измеренные концентрации сульфатов составили 70 и 40 ppb для летнего и зимнего сезонов, соответственно. Концентрация оставалась на уровне доиндустриального периода вплоть до 1910-1920 гг. (81 и 47 ppb). После 1920 г. концентрация SO42- увеличивалась в среднем на 5 ppb в год в теплый период и на 1 ppb зимой. Рост концентрации ускорился между 1950 и 1975 г. (10 ppb/год летом и 5 ppb зимой) вплоть до достижения максимума 530 ppb летом (255 ppb зимой) в 1980-х гг. После 1990 г. концентрация SO42- снизилась до 390 ppb (154 ppb) к первому десятилетию XXI в. При сравнении долгопериодных трендов концентрации SO42- в керне Эльбруса с данными, полученным в Альпах (Монблан) и на Алтае (Белуха), выявлены основные различия в концентрации сульфатов между тремя регионами: в Европейских Альпах, в отличие от Эльбруса и Белухи, антропогенное загрязнение заметно уже начиная с 1910-1930 гг.; период максимальной концентрации на Монблане отмечается в 1970-1980 гг.; на Кавказе он смещен на более позднее время (примерно на 10 лет); в керне Эльбруса снижение концентрации в последние десятилетия менее выражено, чем в кернах Монблана и Белухи. Концентрация антропогенных элементов и соединений эмиссии сульфатов в этих странах соответствует ходу концентрации SO42- в керне Эльбруса и отражает историю развития промышленности и загрязнения атмосферы в странах Восточной Европы, юга России, Закавказья и Ближнего Востока. Эти результаты были опубликованы в журнале Atmospheric Chemistry and Physics и в ведущих СМИ (http://www.rscf.ru/ru/node/silnoy-zasukhi; https://ria.ru/20191126/1561633653.html). Для придонных слоев льда было определено содержание 14C твердых частиц в органическом веществе. С этой целью отобрано четыре образца из самых глубоких 6 м керна, которые были проанализированы на содержание 14C в рассеянном органическом углероде. Максимальный возраст придонных слоев льда может достигать 2 тыс. лет (~ 1669 ± 385 лет). Он находится в соответствии со средней скоростью аккумуляции на Западном плато Эльбруса и оценкам, выполненным по модели течения льда. Относительно небольшой возраст придонных частей ледника на Эльбрусе может быть связан, помимо с высокой интенсивностью массообмена, с тепловым влиянием магматического очага вулкана Эльбрус. Согласно расчетам теплового потока, он в 4-5 раз превышает среднее значение для поверхности Земли. Это может приводить к таянию базальных слоев льда и удалению самых древних горизонтов. В результате совместной обработки данных радиозондирования и неглубокого керна получены карты распределения толщины снежного покрова и полей аккумуляции для Западного плато Эльбруса за три года. Их анализ показал, что в тёплый период года снегонакопление в среднем выше, чем в холодный, происходит более равномерно по площади плато и его распределение более устойчиво от года к году. Выполнен переход от модели однородного льда к модели сжимаемой среды. С помощью одномерного уравнения переноса для фирново-ледяной толщи получена зависимость «глубина-возраст». Результаты датирования по приближённой модели в целом согласуются с точными датировками реперных горизонтов в ледниковом керне. Максимальный возраст льда по оценкам данной модели может превышать 800 лет. На основе данных реанализа ERA Interim был выполнены оценки линейных трендов основных климатических характеристик на Северном Кавказе в сравнении со станционными данными за период 1982 – 2017 гг. Показано, что причиной катастрофического сокращения горного оледенения в регионе стало статистически значимое увеличение приходящей коротковолновой радиации, связанное с уменьшением облачности. Уменьшение балла и водности облаков связано с ростом дивергенции влаги и интенсификации нисходящих движений воздуха. Эти процессы хорошо согласуются с положительным трендом геопотенциала над регионом, что подтверждается данными ледового керна. В последние 40 лет на Западном плато отмечалась ярко выраженная отрицательная аномалия аккумуляции, составляющая в среднем около 40%. Выявленное уменьшение годовой аккумуляции и осадков является одним из основных факторов деградации оледенения при не таком интенсивном росте температуры в горах по сравнению с предгорьями. В сочетании с положительным трендом радиационного баланса это указывает на рост повторяемости антициклональной циркуляции в регионе. По результатам 2018 года наш проект был назван лучшим среди проектов РНФ в области наук о Земле (Информация о деятельности Фонда в 2018 г., стр. 130). Результаты исследований по проекту помимо упоминавшихся ведущих научных журналов отражены в монографии «Ледники и климат Эльбруса», находящейся в печати в издательстве «Нестор-История» и были представлены в ряде публичных лекций на ВДНХ (https://www.youtube.com/watch?v=zriLhDkj2ds) и на фестивале науки "Наука 0+" 2019 г. (https://www.facebook.com/rnfpage/videos/540797386677729/).

 

Публикации

1. Кутузов С, Лаврентьев И, Смирнов А., Носенко Г., Петраков Д. Volume Changes of Elbrus Glaciers From 1997 to 2017 Frontiers in Earth Science, Vol. 7:153 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3389/feart.2019.00153

2. Кутузов С., Легран М., Пройенкерт С., Жино П., Михаленко В., Шукуров К., Полюхов А., Торопов П. The Elbrus (Caucasus, Russia) ice core record – Part 2: history of desert dust deposition Atmospheric Chemistry and Physics, V. 19 (22). P. 14133-1148 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.5194/acp-19-14133-2019

3. Пройнкерт С., Легран М., Кутузов С., Жино П., Михаленко В., Фридрих Р. The Elbrus (Caucasus, Russia) ice core record – Part 1: reconstruction of past anthropogenic sulfur emissions in south-eastern Europe Atmospheric Chemistry and Physics, V. 19 (22). P. 1-14 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.5194/acp-19-14119-2019

4. Торопов П.А., Алешина М.А., Грачев А.М. Large-scale climatic factors driving glacier recession in the Greater Caucasus, 20th–21st century International Journal of Climatology, P. 1-18 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1002/joc.6101

5. Торопов П.А., Шестакова А.А., Полюхов А.А., Семенова А.А., Михаленко В.Н. Особенности летнего метеорологического режима на Западном плато Эльбруса Лед и Снег, - (год публикации - 2020)

6. Хайрединова А., Кутузов С., Михаленко В., Корост Д., Хомяк А. Employing X-Ray computed tomography for the analysis of intact ice core Лед и Снег, - (год публикации - 2020)

7. Чижова Ю.Н., Михаленко В.Н., Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Козачек А.В., Кутузов С.С., Лаврентьев И.И. Изотопный состав кислорода снежно-фирновой толщи на Восточной вершине Эльбруса Лед и Снег, Т. 59. № 3. С. 293-305. (год публикации - 2019) https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-3-426

8. Михаленко В.Н., Кутузов С.С., Лаврентьев И.И., Торопов П.А., Абрамов А.А., Алёшина М.А., Хайрединова А.Г., Дорошина Г.Я., Жино П., Козачек А.В., Легран М., Лим С., Черняков Г.А., Носенко Г.А. Ледники и климат Эльбруса Издательство Нестор-История, Санкт Петербург, - (год публикации - 2020)

9. - Память льдов: что Эльбрус знает об изменении климата на планете? Телеканал Россия-24, программа Погода 24 "итоги недели" (год публикации - )

10. - На Эльбрусе обнаружили следы самой сильной засухи за последние 300 лет Сайт РНФ, - (год публикации - )

11. - На Эльбрусе обнаружили следы самой сильной засухи за последние 300 лет РИА Новости, - (год публикации - )

12. - Пока не растает: как по горным ледникам изучают климат прошлого Фейсбук РНФ, Лекция на фестивале науки "Наука 0+" 2019 г. (год публикации - )

13. - Ученые начали создавать «климатическую библиотеку» для успешного прогнозирования изменений климата Информация о деятельности Фонда в 2018 г., Стр. 130. Проект 17-17-01270 признан лучшим проектом 2018 г. в области наук о Земле (год публикации - )

14. - Станислав Кутузов: «Память ледников: что можно узнать, если очень долго смотреть на лед» Лекция на ВДНХ, организованная ВШЭ, 24 июня 2019, - (год публикации - )

15. - За двадцать лет таяние ледников Эльбруса ускорилось втрое Интерфакс, - (год публикации - )

16. - Ледники Эльбруса тают в 3 раза быстрее, чем раньше Научная Россия, - (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
не указано