Взаимозависимость мерзлотных условий и ландшафтной дифференциации

ГИС-анализ мерзлотно-ландшафтной карты заключается в сопоставлении областей ММП по площади их распространения с зонально-высотными типами ландшафтов (Тумсль, Королева, Микляева, 2009).

Интерпретация диаграмм, приведенных на рис. 2.6 где сведены все ландшафты, когорые в соответствии с каргой наблюдаются в каждой из четырех областей криолитозоны (от сплошной до островной), показывает следующее. Площадь каждого ландшафта дана в процентах от общей площади той или иной области (со сплошным, прерывистым, массивно-островным и островным распространением ММП). Целый ряд ландшафтов являются транзитными для всех типов мерзлоты: южной тундры, лесотундры, северной тайги, когорые характеризуются лишь своими секторными особенностями. Это означает, что при принятии мерзлотно-инженерных и мерзлотно-экологических решений в пределах однотипных ландшафтов следует, прежде всего, иметь в виду их мерзлотное содержание. Механические нарушения на поверхности земли (растительности, снежности, увлажнения, мезои микрорельефа), химическое загрязнение углеводородами в одной ландшафтной зоне (подзоне) приводят к разным последствиям. Например, в тайге со сплошным распространением мерзлоты сведение растительности грозит увеличением сезонного протаивания, активизацией термокарста, термоэрозии, солифлюкции. В той же тайге, но в области прерывистой мерзлоты возможно формирование радиационных таликов на расчищенных от растительности участках. В условиях массивно-островной и островной мерзлоты таежные ландшафты почти всегда сложены талыми грунтами, и мерзлотный фактор на их инженерные свойства и экологическое состояние не оказывает существенного влияния. Если что-то и меняется, это мощность и продолжительность существования СМС в связи с изменением снегонакопления на вырубках. Для химического загрязнения в таежной зоне с разными типами мерзлоты опасность распространения углеводородов по площади увеличивается от сплошной к островной мерзлоте, т. к. блокирующая роль мерзлых пород уменьшается.

Сопоставление типов мерзлоты и ландшафтов в них показывает, что наиболее однородна ландшафтная структура в пределах сплошной мерзлоты (16 ландшафтов). Самое большое разнообразие наблюдается в зонах прерывистой и массивно-островной мерзлоты. Причина этого в том, что ведущим фактором сплошного распространения ММП является климат, который ограничивает ландшафтную «жизнестойкость». Ландшафты определяют здесь изменение температуры, мощности, криогенного строения ММП. В пределах прерывистой мерзлоты ландшафтный комплекс влияет на изменчивость не только указанных мерзлотных характеристик, но начинает радикально воздействовать на мерзлоту, осложняя ее распространение таликами. Массивно-островная мерзлота формируется в более мягких климатических условиях. Поэтому специфика ландшафтной обстановки начинает оказывать все более существенное влияние на сам факт возникновения мерзлоты.

С севера на юг криолитозоны происходит изменение состава ландшафтов, в связи с чем должно сокращаться число одинаковых ландшафтов от области к области. Вместе с тем сравнение двух смежных областей обнаруживает значительное ландшафтное сходство. В соседствующих областях выделялись одинаковые ландшафты, а затем определялся их процент в общем количестве разноименных ландшафтов этих областей (табл. 2.1).

Таблица 2.1.

Сравнение ландшафтной структуры областей с различным распространением ММП.

Объединяя соседние области, сравним количество одноименных и разноименных ландшафтов. Процент общих ландшафтов распределяется гак: сплошная-прерывистая мерзлота — 46, прерывистая-массивно-островная — 68, массивно-островная-островная — 36. Наибольшее сходство — в областях прерывистой и массивно-островной мерзлоты — по 15 ландшафтам (79% состава или 93% площади области прерывистой мерзлоты). По ландшафтной структуре обе области представляют собой практически единую территорию. Вместе с тем, в этих областях наблюдается наибольшее пространственное разнообразие мерзлых и талых пород (10- 95%). Здесь, как и в транзитных ландшафтах, с севера на юг происходит смена специфики влияния ландшафтов на мерзлоту, ландшафтный состав изменяегся мало, но происходит значительное сокращение площадей мерзлых пород. Это наиболее сложная территория для принятия практических решений при освоении криолитозоны.

Основной вывод проведенного сравнения заключается в том, что выделение массивно-островной мерзлоты мало подкреплено общей физико-географической ситуацией. Часть территории, возможно, следует включить в область прерывистой мерзлоты, а юг «отдать» островным МП. Такой подход подтверждается обзорной циркумполярной мерзлотой картой, на которой выделено три типа распространения мерзлых пород (Circum-arctic map of permafrost…, 1997).

В предлагаемой нами относительно детальной ландшафтной дифференциации областей криолитозоны заключается еще один путь анализа связи «ландшафт-мерзлота». При островном, очень небольшом (менее 10% площади области) распространении ММП все 12 приведенных ландшафтов требуют дополнительного изучения относительно их «мерзлотности». Вероятность образования островов мерзлоты в восьми равнинных ландшафтах оценивается следующим образом.

Их практически нет в лесолуговых ландшафтах Курил и Камчатки (индекс 7), почти нет в сухих степях Восточной Сибири (индекс 12) и южной тайге Восточной Сибири (индекс 10а), все они занимают 38% площади области. Острова мерзлоты заведомо есть в пределах южноевропейской тундры (индекс 5а) и лесотундры (индекс 6а), северной западносибирской (индекс 8а) и средней дальневосточной (индекс 96) тайги. На территории ландшафтов острова мерзлоты формируются в заболоченных, заторфованных ландшафтах, на марях, в густых еловых лесах на суглинистых грунтах в сибирском и дальневосточном секторах криолитозоны и в торфяниках европейской тундры. Острова мерзлых пород занимают не более 10% площади этих ландшафтов. По сравнению с северными областями сплошной и прерывистой мерзлоты здесь наблюдается резкий скачок в использовании ландшафтной индикации от зонального типа ландшафта, который лишь косвенно указывает на существование мерзлоты, к урочищу. Последние, разумеется, в мелком масштабе нс выделяются, но в природе южной криолитозоны являются прекрасным индикатором, т. к. именно сам ландшафт создает остров мерзлоты. При инженерно-экологических изысканиях опасность мерзлотных условий сводится к минимуму, если исключать острова мерзлоты в качестве основания фундаментов.

В области массивно-островной мерзлоты представленные ландшафты дают возможность сделать следующие выводы, если опираться на большой процентный разброс площадей самих ландшафтов (от 1 до 35% площади области) и мерзлых пород (10−50% площади того или иного ландшафта). Половина территории европейской тундры и лесотундры (индексы 4а, 5а, 6а) занята массивами мерзлоты, но совокупная доля этих ландшафтов мала (4%). Почти 40% области покрыто средней и южной тайгой Восточной Сибири и Дальнего Востока, где массивы мерзлоты занимают нс более 10%.

(индексы 9а, 96,10а). Если сюда по степени распространения мерзлоты присоединить горные лиственничные леса (индекс 19), хвойные и березовые леса (индекс 21) и лиственничные леса и горные степи (индекс 22), то площади с незначительными участками горной мерзлоты увеличатся до 24%. Суммарно в области массивноостровной мерзлоты 63% территории занято островами мерзлых пород, что является основанием интегрировать эти ландшафты в область островного распространения ММП. Практически типичное массивное распространение мерзлых пород (меньше 50, но больше 10% площади ландшафт а) наблюдается на треги площади зоны. Это северная тайга Западной и Воегочной Сибири (индексы 8а, 86) — 12% и шесть горных ландшафтов (индексы 13−15, 17, 18, 23), общая площадь которых составляет 18%.

Таким образом, небольшие площади тундр и лесотундр включаются в область прерывистой мерзлоты, основная же территория может быть «отдана» островной мерзлоте, а рубеж распространения мерзлоты менее 50% необходимо считать пограничным между двумя принципиально отличающимися условиями формирования мерзлых пород. Островные ММП являются, прежде всего, результатом удачного сочетания ландшафтных факторов (рельефа, растительности, состава пород, увлажнения их поверхности), создающих благоприятный мерзлотный микроклимат, тогда как общий климатический фон препятствует формированию мерзлоты.

В области прерывистой мерзлоты, в отличие от южных территорий следует оценить вероятность распространения таликов в пределах зональных типов ландшафтов. В отношении разнообразия ландшафтов это самая пестрая зона, в ней выделено 19 ландшафтов, из которых 11 равнинных. Анализируя условия образования мерзлых пород и нарушения их сплошности таликами можно разделить ландшафты на две группы — со сплошностью мерзлоты 75−95 и 50−75%. В первую группу могут быть включены 6 равнинных и чегыре горных ландшафта, которые занимают 47% территории области: тундра и лесотундра Европы и Сибири, северная и средняя тайга Восточной Сибири (индексы 36, 46, 5а, 66, 86, 9а) — 31%, гольцы, горные тундры и каменистые пустыни южных гор криолитозоны (индексы 23, 13), стланики, редины, редколесья сибирских гор (индексы 14, 17, 18) — 16%. Во вторую группу включены Дальневосточная лесотундра (индекс 96), южная тайга Восточной Сибири (индекс 10а) и долины крупных сибирских рек (индекс д) — 9% площади прерывистой мерзлоты. Среди горных ландшафтов (суммарно их 44%) — леса хвойные (индекс 19), смешанные (индекс 21), лесостепной пояс (индекс 22).

Вся территория прерывистой мерзлоты делится примерно пополам по степени распространения таликов — меньше 25 и больше 25%. Ведущие их причины увеличиваются с севера на юг. На севере это преимущественно гидрогенные подозерные и подрусловые талики; к югу также радиационно-тепловые талики, возникающие при участии снега, солнечной радиации, летних осадков в сочетании с несвязными грунтами.

Ландшафтная дифференциация области сплошной мерзлоты не требует анализа причин существования собственно ММП, которые слагают литогенную основу всех ландшафтов (5% таликов, как известно, приходится на крупные водные объекты). Однако ландшафтное разнообразие являегся причиной пространственного изменения температуры, сезонного протаивания, криогенного строения.

С практической точки зрения при решении инженерно-геологических и экологических задач учет мерзлотного фактора в одинаковых ландшафтных условиях неоднозначен. На юге, несмотря на крайнюю неустойчивость мерзлых пород, их влияние в территориальном аспекте крайне ограничено. В центральной части криолитозоны одни и те же ландшафты могут быть сложены и талыми, и мерзлыми породами, что затрудняет выработку рациональных решений при освоении. Север криолитозоны (области сплошной и северная часть прерывистой мерзлоты) относительно менее сложен для оценки устойчивости ландшафтов к антропогенным изменениям любого типа (механические нарушения, загрязнение углеводородами, потепление климата), т. к. в одинаковых ландшафтах разнообразие мерзлотных условий существенно меньше, чем в тех же или иных ландшафтах, расположенных южнее.