Зафиксировав мощное взаимодействие между изменением климата, динамикой замерзания-оттаивания полигональных грунтов и доставкой поверхностных вод паводками, а также таянием снега и льда, специалисты разработали новый взгляд на физические механизмы, определяющие скорость и характер развития речных русел в этих хрупких ландшафтах.

Один из ключевых процессов, выявленных нами в ходе эволюции русловых сетей, заключается в том, что на их развитие влияет то, как вода протекает через поля полигонов шириной около 10 м, образующихся в результате замерзания и оттаивания почвы в арктических регионах, — говорит Шон Шартранд, доцент Школы наук об окружающей среде Университета Саймона Фрейзера и ведущий автор исследования, опубликованного сегодня в журнале Nature Communications.

На это влияние также влияют время, величина и продолжительность паводков, а также то, заморожены или частично заморожены подстилающие частицы осадочных пород.

Шартранд входит в состав международной исследовательской группы, которая прибыла на необитаемый остров Аксель Хейберг в начале одного из самых интенсивных летних потеплений за всю историю наблюдений. Их полевые исследования были сосредоточены на долине Мускокс, расположенной к востоку от ледниковой шапки Мюллера. Исследователи объединили аэрофотоснимки 1959 г. с полевыми наблюдениями и современными данными Light Detection and Ranging (LiDAR), полученными в 2019 г., чтобы понять, как менялся ландшафт острова Аксель-Хейберг на протяжении 60-летнего периода.

Взаимосвязанные физические процессы могут углублять русла рек и расширять речные сети, создавая большую площадь поверхности для теплообмена, что может увеличить локальные темпы таяния вечной мерзлоты, — говорит соавтор исследования Марк Джеллинек, профессор кафедры наук о Земле, океане и атмосфере Университета Британской Колумбии.

Эти каскадные эффекты могут усилить выделение парниковых газов в Арктике по мере оттаивания органического углерода почвы и отступления вечной мерзлоты.

Используя данные LiDAR, команда создала цифровую модель рельефа (DEM) 400-метрового участка долины. «Моделируя движение воды по ландшафту, мы обнаружили, что паводковые воды, проходящие через взаимосвязанные многоугольные желоба, повышают вероятность эрозии и развития русла, — говорит Чартранд.

Паводки из озера в долине, а также сезонное таяние снежного покрова и грунтового льда приводят к тому, что вода скапливается в долине, создавая условия для переноса крупных наносов и развития русловой сети по дну долины. Однако время наводнения во время пика оттепели может влиять на интенсивность эрозии.

Здесь играет роль потепление температуры воздуха, — поясняет он.

Мы прогнозируем, что эрозия и перенос наносов чувствительны к тому, происходят ли наводнения до или после периода повышенной температуры воздуха, поскольку это влияет на глубину оттаивания субстрата с частицами наносов, а значит, и на то, будут ли эти частицы переноситься паводковыми водами.

По словам исследователей, в дальнейшем предстоит применить полученные данные для создания прогнозных физических моделей, которые помогут понять, как будут развиваться речные сети Арктики в течение будущих десятилетий, характеризующихся как потеплением, так и усилением изменчивости климата. Они указывают на то, что расширение речных сетей приведет к увеличению количества наносов, питательных веществ и металлов в хрупких водосборных бассейнах и рыболовных хозяйствах, что может иметь серьезные последствия для прибрежной дикой природы, вод и населения.