Космический мониторинг влияния изменения границ Хантайского водохранилища на трансформацию прибрежных экосистем (полуостров Таймыр)

Оттаивание мерзлоты, которое может быть вызвано глобальным потеплением, представляет собой серьезную экологическую проблему, особенно в Арктических регионах. Особенно это актуально для территорий со значительной антропогенной нагрузкой. Так, дополнительное отепляющее влияние искуственных водохранилищ, созданных в зоне многолетнемерзлых пород, может привести даже к катастрофическим последствиям. В частности, для Хантайской ГЭС существует угроза переброски стока водохранилища в реку Енисей в случае активной деградации многолетней мерзлоты на южном участке между заливом Рубча и озером Щучье. Хантайское водохранилище продолжает оказывать влияние на состояние его береговой линии. В первые годы после его наполнения процесс разрушения берегов происходил очень интенсивно под тепловым воздействием воды, скорость разрушения берегов на данном участке была чрезычайно высокой (около 50 м/год) [5], При сравнении данных маршрутного обследования этого участка в 2015 г. и полученных при дешифрировании архивных аэрофото- и космических снимков разных лет (с 1988 по 2015 гг.), установлено, что скорость разрушения берегов значительно замедлилась (до 3,5 м/год). Однако вопрос о дальнейших тенденциях этого процесса, в свете нарастающего потепления климата, остается открытым. Также не исключена вероятность переброски стока водохранилища в реку Енисей через озеро Щучье и далее через реки Желтая и Сухариха.
Пристальное внимание к трансформации экосистем, прилегающих к водохранилищу, связано еще с возможностью использования динамических тенденций экосистем при потеплении климата для прогнозирования процесса поведения экосистем в криолитозоне других регионах, в частности, в Западной Сибири.
Целью исследования было разработка методического подхода оценки вероятности возникновения аварийной ситуации на Усть-Хантайской ГЭС из-за переброски стока водохранилища в реку Енисей через сукцессионные ряды, которые отражают совместное влияние водохранилища и климатических факторов среды, оценить динамику береговой линии Хантайского водохранилища.
Бассейн р. Хантайки, правого притока р. Енисея, расположен за Полярным кругом (68° с.ш. и 67° в.д.) в зоне сплошного распространения мерзлых пород. Климат района исследования достаточно суровый (среднегодовая температура воздуха − 7,9 °С), благоприятный для их сохранения. В долинах рек, являющихся зонами разгрузки напорных вод по трещинам и разломам, мерзлота имеет прерывистый характер и близкие к 0 °С температуры.
Здесь сосредоточен крупный массив леса и, наряду с зональными ММ болотами, широко распространены талые грядово-мочажинные. ММ болота чрезвычайно разнообразны. Преобладают крупно- и плоскобугристые болота, часто образующие торфяные плато, встречаются мелкобугристые и полигональные. В верховьях рек и на водоразделах абсолютно господствуют плоско- и крупнобугристые плато, часто с эродированными вершинами и термокарстовыми озерами. От верховий рек к их устьям и от водоразделов к поймам наблюдается постепенный переход к господству талых грядово-мочажинных болот. На террасах рек в пределах крупных болотных массивов наблюдается переход от ММ плато сначала к плоско-, затем к крупнобугристым и далее к талым участкам с одиночными ММ буграми. Бугристые болота имеют различный генезис и сложную историю развития. Бугристо-западинный рельеф сформировался как в результате площадного пучения, морозобойного растрескивания и последующего вытаивания повторно-жильных льдов, так и в результате разновременного очагового пучения. В возникновении бугристых болот в разной степени принимали участие мерзлотное пучение, эрозия, термокарст и естественный процесс торфонакопления [2]. В современный период наблюдается активная деградация бугристых болот. На господствующих плоских элементах рельефа поступление вытаивающих вод обеспечивает общее повышение уровня грунтовых вод и прогрессирующий характер деградации многолетней мерзлоты. Наблюдается деградация мерзлоты с боков бугров за счет отепляющего влияния вод мочажин, с обвалами торфа по краям бугров или снизу, за счет воздействия напорных подмерзлотных вод, при этом бугры расплываются, постепенно погружаясь в топь.
В целом для бугристых болот характерно сочетание сухих торфяных ММ бугров, покрытых олиготрофной кустарничково-мохово-лишайниковой растительностью из багульника (Ledum palustre), голубики (Vaccinium uliginosum), видов родов Dicranum, Polytrichum, Pleurozium, Cladina, Cladonia и Cetraria, с более увлажненными мезотрофными ерниково-мохово-лишайниковыми (с Betula nana) ложбинами или избыточно увлажненными эвтрофными и мезотрофными травяно-сфагновыми или травяно-гипновыми мочажинами. Все бугристые болота сформировались на основе талых болот. Бугры высотой от 1 до 11 м. Торфяные залежи глубиной 1– 6 м сходны с залежами талых болот. Бугры сложены преимущественно низинными залежами (осоково-гипновой, многослойной топяной и топяно-лесной) в основном из слабо- и среднеразложившихся торфов. Льдистость торфяных залежей высокая (80 – 90 %) [1]. Торфа сезонно-талого слоя бугров мощностью 0,3 – 0,5 м сильноразложившиеся (до 50 %), подвергшиеся вторичному разрушению грибами и лишайниками, а также воздействию физических факторов. В буграх под слоем торфа залегает сильнольдистое мерзлое минеральное ядро. На границе торф – грунт часто имеется линза чистого льда толщиной обычно до 1,5 м, но иногда до нескольких метров. Талые болота сильно обводнены. Обширные эвтрофные осоково-гипновые (Carex limosa, Warnstorfia exannulata, Hamatocaulis vernicosus, Scorpidium scorpioides) мочажины c озерками чередуются с покрытыми ерником эвтрофными кочкарноосоковыми (Carex cespitosa, C. appropinquata) или сфагновыми (Sphagnum warnstorfii) грядами, реже с мезотрофными кустарничково-сфагновыми (Shpagnum fus¬cum) грядами. Господствуют (95 %) торфяные залежи низинного типа – осоково-гипновые, гипновые, многослойные топяные, реже топяно-лесные и осоковые. Более половины торфов имеют низкую, около трети − среднюю степень разложения. Преобладают торфа с зольностью 4 – 6 %. Растительность и стратиграфия болот района исследования хорошо изучены [2-4].
Использование этих данных, а также данных, полученных при дешифрирование космоснимков высокого разрешения за прошедшие годы до настоящего времени, позволят провести апробацию предлагаемого нами методического подхода построения сукцессионных рядов болотных экосистем, отражающие совместное влияние водохранилища и климата, оценить скорость деградации бугристых болот, увеличения площади термокарстовых озер и оценить вероятность появления опасных явлений (сток водохранилища в р. Енисей) на этом участке.
Выявление участков наиболее подверженных процессам деградации ММ и изменению береговой линии водохранилища будут рекоментованы для проведения долговременного мониторинга этих процессов с использованием космоснимков высокого разрешения и наземного мониторинга с использованием Автономных измерительных комплексов для контроля природной среды на труднодоступных территориях.