Современное состояние ледников и экзогенных процессов в

62ГеоРиск
Современное состояние ледников и
экзогенных процессов в долине реки
Саджилдон, Центральный Кавказ
Modern dynamics of glaciers and exogenous processes (by
the example of the Sadzhildon River, the Central Caucasus)
ВАСЬКОВ И.М.
VASKOV I.M.
Доцент кафедры геологии Северо-Кавказского горно-металлургического
института (ГТУ), к.г.-м.н.
ВАЛИЕВ А.Л.
An associate professor of the department of geology of the North-Caucasian MiningMetallurgical Institute (State Technical University), candidate of
geological-mineralogical sciences
Инженер-гляциолог Северо-Осетинского гидрометцентра
VALIEV A.L.
МОТОЗЮК Г.К.
An engineer-glaciologist of the North Ossetian Meteorology Centre
Инженер-гляциолог Северо-Осетинского гидрометцентра
MOTOZUK G.K.
An engineer-glaciologist of the North Ossetian Meteorology Centre
Ключевые слова: комплексное обследование; ледник; каменный глетчер;
морена; динамика; запасы воды; объемы; геоэкологический риск;
катастрофические экзогенные процессы.
Кey words: complex survey; glacier; stony glacier; moraine; dynamics;
water resources; volume; geoecological risk; disastrous exogenous
processes.
Аннотация: на примере долины реки Саджилдон в восточной части
Центрального Кавказа рассмотрено влияние глобальных изменений климата на
динамику экзогенных процессов и оледенение во взаимосвязи с элементами
современной геодинамики. Предложен сценарий развития возможных
георисков в отношении запасов пресной воды и опасных экзогенных
процессов.
Abstract: influence of the global climate changes on the exogenic
processes dynamics and glaciation in connection with the modern
geodynamics elements is considered by the example of the Sadzhildon
River valley in the eastern part of the Central Caucasus. The scenario of
possible georisks development in relation to the freshwater resources and
dangerous exogenous processes development is proposed.
В августе 2010 года специалистами
по экзогенным процессам и гляциологии отдела гидрологии, селей и лавин Северо-Осетинского гидрометцентра было проведено комплексное
обследование верховьев долины реки
Саджилдон в восточной части Центрального Кавказа.
Целью работ являлось изучение
современного состояния ледников,
прогнозной оценки водозапасов и
степени риска воздействия опасных
экзогенных процессов отдельных
объектов на территории горной части
Северной Осетии, в том числе и в
редко посещаемой долине реки Саджилдон.
На основе полученной в результате
детального обследования информации решались следующие задачи:
1) апробирование метода количественного определения современных
объемов ледовых тел и сравнения их
с таковыми на время составления топографических карт крупных масштабов;
2) выявление возможной связи динамики ледовых тел, современной
тектоники и экзогенных процессов на
основе анализа полученных морфометрических данных и геологического строения района.
На первом этапе были собраны и
проанализированы доступные крупномасштабные картографические и
фотографические материалы прошлых лет (в основном конца 50-х —
начала 60-х годов прошлого века).
При полевых работах контуры ледовых образований наносились непо-
средственно на топографическую
карту, а координаты наиболее важных
точек фиксировались GPS-приемником. По ходу маршрутов и с точки фоторепера велась перспективная фотосъемка. При обработке полученных
материалов были выполнены необходимые морфометрические и фотограмметрические измерения и построена серия продольных и поперечных профилей, на основе которых методом геологических блоков (параллельных сечений) был сделан расчет
объемов ледников, каменных глетчеров и моренных отложений. Определение степени воздействия различных факторов на трансформацию
природной среды основывалось на
критериях и признаках, определенных при изучении Геналдонской катастрофы 2002 года [2, 3].
Река Саджилдон (левый приток
реки Фиагдон) находится на северных отрогах Цмиаком-Теплинского
горного узла — орографической составляющей Бокового хребта, являющегося наиболее высоким из хребтов
Большого Кавказа в пределах Северной Осетии (рис. 1). Общая длина долины этой реки — 10,5 км, протяженность ледника Цазгиу в ее верховьях
по состоянию на август 2010 года —
2,2 км, зоны питания от перевала до
ледника — 0,5 км. Доминирующей
высотой является гора Архон (4158,5
м). Высота перевала равна 4020 м,
отметка истока реки — 2740 м, устья
— 1410 м. Средний уклон ледниковой долины составляет 0,25‰, реки
— 0,21‰.
Особенностями реки Саджилдон
являются практически неразработанная нижняя пойма в интервале высот
2150–1410 м, быстрое увеличение
водности от истока к устью и одновременно с этим уменьшение мутности воды. Саджилдон — одна из самых чистых рек в Северной Осетии.
Ледник Цазгиу (№ 268 по [7]) расположен на высотах от 3320 до 2740
м (см. рис. 1). Его площадь вместе с
боковыми притоками в 1957–1962 годах составляла 5,7 км2, а в 2010 году
— 3,03 км2, то есть уменьшилась на
47%, что совпадает с аналогичными
данными по другим регионам [5, 6].
Объем ледника по состоянию на август 2010 года составил 102 млн м3
(исходя из выявленных соотношений
его объем в 1960 году мог доходить
до 400 млн м3). Нижняя часть его языка примерно на протяжении 1 км (что
соответствует площади около 0,5 км2)
закрыта сомкнутой поверхностной
мореной мощностью от 0,3 до 1,0 м и
более (рис. 2), которая носит следы
распада ледового тела.
Ледники и снежники зоны питания
(площадь которой составляет около
2,6 км2) практически полностью оторваны от тела ледника Цазгиу и на момент обследования являлись самостоятельными телами. Следовательно,
основной тип его питания в настоящее
время — лавинно-обвальный. Из этой
же зоны поступает и каменный материал, формирующий морены. Явное
сокращение поступления льда из зоны
питания в центральную и языковую
части ледника выражается в широком
журнал
научный63
Схема современного положения ледников, ледниковых и
склоновых отложений в верховьях р. Саджилдон (Северная Осетия)
PR2-PZ3
J1
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:
Современные и четвертичные образования
cовременные контуры ледников
Co
3064,8
контуры ледников по данным
топографической съёмки
(1957-1962 гг.)
положение снежных и фирновых
полей зоны питания ледников
ил
до
н
Co
р.
gr
2891,7
dl
Са
дж
Co
J1
Co-gl
T(?)-J1f
PR2-PZ3
бергшрунды
f
gr
dl
сезонное
озеро
gr
Co-gl
4397,0
f
J1
3351,9
T(?)-J1f
T(?)-J1ck2
бм
дочетвертичные и раннечетвертичные морены
3605,0
оползни
dl
склоновые отложения: деллювий
Co
склоновые отложения: осыпи
и обвалы
J1
нижняя юра:
аргиллиты, алевролиты, песчаники
T(?)-J1ck2
триас - нижняя юра (циклаурская
свита):
глинистые и аспидные сланцы,
алевролиты, пласты и пачки туфов
Co
3984,3
dl
Co
Co
T(?)-J1f
T(?)-J1f
Co
T(?)-J1f
PR2-PZ3
ЗСЗ
Разрез 5-5
Co
ВЮВ
0
гк-1
Продольный
dl профиль
3000
500
1000
1500 м
надвиги и взбросы
(Колотинский покров)
T(?)-J1f
2500
триас - нижняя юра:
сланцы глинистые с пластами лав
базальтового и андезибазальтового
состава
протерозой - верхний палеозой
(PR2-PZ3):
кристаллические сланцы, граниты,
окварцованные конгломераты
Разрывные нарушения:
гк-3
сбросы
T(?)-J1f
gl
аккумулятивные
флювиогляциальные отложения
gr
3571,2
г. Архон
4158,5
коллювиально-гляциальные
отложения (завальные тела)
Co
T(?)-J1f
4182,4
глетчеры каменные и их номера
их конечные валы с современными
осыпями во фронтальной части
f
пм
3927,8
3500
gl
гк-5
4029,3
T(?)-J1f
донные морены
бм
фр
пм
иу
dl
дм
Co-gl
ле
дн
(2 ик Ц
68 а
) зг
гк-3
древние боковые морены
3462,0
бм
гк -4
гк-2
бм
гк-5
dl
зп
4037,0
современные боковые морены
гк-6
дм
dl
T(?)-J1ck2
бм
бм бм
3830,9
гк-1
бм
дм
T(?)-J1ck2
T(?)-J1f
сомкнутая поверхностная морена
dl
f
dl
Co
3087,6
J1
пм
Геологические границы:
установленные
предпологаемые
ЮЮЗ
3500
Продольный профиль
по оси ледника Цазгиу и тальвегу р. Саджилдон
ледни
к
3000
Цазги
у
2000
f
gl
T(?)-J1f
фоторепер
СВ
Разрез
5-5
gl
2500
фр
Co-gl
f
Co-gl
T(?)-J1ck2
J1
PR2-PZ3
1500
Рис. 1. Схема современного положения ледников, ледниковых и склоновых отложений в верховьях р. Саджилдон (Северная Осетия)
64ГеоРиск
г. Архон
4158,5
ле
и
дн
к Ц
и
азг
у
левая боковая морена
(Фото И.М.Васькова, 02.08.2010)
02.08.2010
Рис. 2. Ледник Цазгиу. В зоне питания отдельные висячие ледники и снежники
оторванные от ледника на 250–300 по высоте. На переднем плане — мощная
левая боковая морена. Бугры по правой стороне ледника образовались в
результате обвалов лавин, льда висячих ледников и горных пород. Видно, что
формирование поверхностной морены идет, в основном, за счет обвалов горных
пород с правого борта долины
развитии таких морфологических
форм, как поверхностные русла, косые
и поперечные сбросы, западины в виде замкнутых мульд и т.д. (см. рис. 2).
Фронтальная часть языка ледника
выположена и закрыта мощным чех-
лом поверхностной морены настолько, что больше похожа на «живую»
осыпь (рис. 3). Поверхность льда в
языковой части лежит на 60–80 м ниже гребней боковых морен. К северу
от конца ледника на протяжении около
(Фото И.М.Васькова, 02.08.2010
02.08.2010)
Рис. 3. Конец языка ледника Цазги полностью закрытый поверхностной мореной.
Водный поток выходит на поверхность из под кромки льда. Грот отсутствует.
На заднем плане обрыв правой боковой морены высотой от 90 до 30 м
100 м находятся выровненные отложения донной морены с многочисленными протоками (зандровое поле). По визуальной оценке суммарный расход водотоков, выходящих изподо льда, в три-четыре раза больше,
чем в русле реки ниже зандрового поля, что свидетельствует о преобладании подземного стока над поверхностным. С севера зандровое поле замыкается серией концентрических
валов стадиальных морен (рис. 4), из
которых самый дальний и четкий может соответствовать максимуму похолодания середины прошлого века.
Комплекс моренных отложений
имеет большую мощность (до 300 м)
и объем (примерно 400 млн м3), распространен в верхней четверти долины в интервале высот 3200–2300 м и
сложен обломками пород, относимых
к средней части циклаурской свиты
(T(?)–J1f) [6]. Основания склонов долины ниже этого комплекса по течению реки покрыты средне- и крупнообломочными делювиальными и коллювиальными (обвально-осыпными)
отложениями. Отдельные осыпи и делювиальные шлейфы начинаются
почти от водораздельных гребней, а
подавляющее их большинство — от
основания скал в средней части склонов. Нигде по течению нет «скальных
прижимов», и минимальная высота
скальных выходов коренных пород
над тальвегом реки равна 100 м (у левого края нижнего оползня). Средняя
высота верхней границы грубообломочных отложений над тальвегом составляет 450–500 м.
В обрамлении ледника и комплекса
морен на склонах фиксируется серия
каменных глетчеров (обозначенных
на схемах, разрезах и в таблицах буквами «гк»). Их характеристики приведены в табл. 1.
Зоны питания каменных глетчеров
— это крутые скальные склоны, в основании которых находятся выходы
поверхностей смещения аллохтонных блоков современных надвиговых
структур (см. рис. 1). На примере гк4 видно, что зарождение собственно
ледово-каменного потока глетчерного типа происходит в цирке карового
ледника при большой интенсивности
таяния льда и поступления обломочного материала на его (льда) поверхность (как со стенок скального цирка, так и путем вытаивания). Стены
цирка имеют превышения над поверхностью карового ледника до 500
м (рис. 5). В нашем случае ледовокаменная масса широким потоком
перетекает через ригель карового
цирка, ниже по течению уже как каменный глетчер круто поворачивает
в северном направлении и через 0,75
км заканчивается лапообразным языком с крутым осыпным фронтом
(рис. 6). Остальные пять каменных
глетчеров имеют меньшие размеры и
журнал
научный65
Таблица 1
Параметрические характеристики каменных глетчеров долины реки Саджилдон
Параметры зоны
питания
Каменный глетчер
Экспозиция
Высоты
Площадь,
тыс. м2
Параметры тела глетчера
Угол
склона,
°
(град.)
Длина,
м
Площадь,
тыс. м2
Угол
склона
тела,
°
(град.)
Угол
склона
фронта, °
(град.)
макс.
сред.
Объем,
млн м3
Мощность
гк-1
ЮВ
3500–
3700
500
37–45
900
170
24
39
160
55
10
гк-2
ВЮВ
3050–
3450
60
47–50
900
180
25
38
80
40
8
гк-3
В
3100–
3400
-
-
-
-
-
-
-
-
-
гк-4
СЗ
3000–
3500
700
> 45
1350
165
14
37
100
60
> 10
гк-5
СЗ
3050–
3500
360
38–45
950
190
18
34
100
50
9,5
гк-6
ССЗ
3050–
3450
120
45–46
1000
140
18
38
до
100
50
≈7
более элементарную морфологию.
Все они практически прямолинейны.
У основания скальных стенок зоны
питания в лучшем случае находятся
снежники-перелетки, а их ледяные
ядра скрыты в рыхлообломочной
массе. На постоянное движение этих
каменных глетчеров указывают крутые, до 39°, «живые» фронтальные
осыпи (рис. 7).
К северу (ниже по течению) на высотах 2300 и 2200 м фиксируются
следы небольших ледово-каменных
обвалов в виде четких поперечных
валов (естественных плотин), в верхнем бьефе которых сформировались
хорошо выраженные в рельефе аккумулятивные поверхности выравнивания, сложенные флювиогляциальными отложениями (рис. 8). В настоя-
правая боковая морена
валы стадиальных морен
левая боковая морена
(Фото И.М.Васькова, 02.08.2010)
02.08.2010
Рис. 4. Валы стадиальных морен и концы боковых морен последней генерации.
Высота правой боковой морены около 30 м, левой - 40 м. Чёткий передовой
вал может соответствовать временному стационированию конца языка ледника
в 1940–1950 годах ХХ века
щее время объем нижнего завального
тела (№ 1) составляет до 1,6 млн м3,
верхнего (№ 2) — около 1,3 млн м3.
С учетом определенных ранее (на
примере Геналдонской катастрофы
[4]) соотношений льда (70–50%) и обломков горных пород (30–50%) первоначальный объем нижнего завального тела мог достигать 5,5 млн м3, а
верхнего — 4,0 млн м3. Литологический состав обломков пород, слагающих завалы, полностью соответствует вулканогенно-осадочному комплексу средней части циклаурской
свиты, отвечая преимущественно пирокластической и терригенной ее
производным.
В верхнем бьефе завала № 2 в
углублении между левым бортом долины и завальным телом находится
озеро, которое заполнено прозрачной
холодной (7°С) водой в весенне-летний период и пересыхает в осеннезимний. Это озеро имеет форму равнобедренного треугольника с основанием 50 м и высотой 70 м. Острым
углом оно направлено вниз по долине. Его глубина в средней части составляет около 2 м.
Ниже завального тела № 2 по левому борту долины имеются два
оползня, находящихся в стадии временной стабилизации. Нижний оползень расположен на высотах 2200–
2650 м и вытянут по склону на 950 м
со средним углом наклона 25°. Его
фронтальная часть в виде обрыва высотой 8–10 м осыпается и размывается рекой. Его объем может достигать
20 млн м3. Верхний оползень протяженностью 400 м (на высотах 2300–
2460 м) имеет угол наклона 30° и объ-
66ГеоРиск
каровый ледник
каменный глетчер
правая боковая морена
блоки «мертвого льда»
(Фото И.М.Васькова, 02.08.2010)
Рис. 5. Каровый ледник, вытекающий из ложа через скальный ригель в виде
каменного глетчера (гк-4). На переднем плане правая боковая морена ледника
Цазгиу и прижатые к ней блоки «мёртвого льда»
ем около 4 млн м3. Он не имеет фронтального уступа. Положение упомянутых оползней в общем плане очень
похоже на положение таковых в долине реки Геналдон, где их активизация (а возможно, и зарождение) произошла в результате ледово-каменного обвала, породившего объемный
высокоскоростной лавинообразный
поток в 2002 году [1].
Динамика ледников, каменных
глетчеров, делювиальных и коллювиальных отложений склонов определяется, помимо основного климати-
ческого фактора, также особенностями геологического строения и современной геодинамики территории, которые аналогичны таковым в КазбекДжимарайском горном узле.
На севере–северо-востоке долина
реки Саджилдон пересекает восточную часть Фиагдонской брахиантиклинали [8], сложенную породами протерозой-палеозойского фундамента
(PR2–PZ3), который представлен кристаллическими сланцами, гранитоидами и конгломератами. На южном
крыле этой антиклинали породы кри-
гк-4
(Фото И.М.Васькова, 02.08.2010)
Рис. 6. Фронтальная часть каменного глетчера (гк-4) — крутая свежая осыпь,
что свидетельствует о его современном движении
сталлического фундамента перекрываются нижнеюрской песчано-глинистой толщей аргиллитов, алевролитов
и песчаников (J1). Контакт между ними тектонический — это мощный
сброс, падающий на юго-запад под
средними углами. Нижнеюрский комплекс перекрыт отложениями циклаурской свиты (аспидных сланцев,
алевролитов, туфов — T(?)–J1ck2; глинистых сланцев, лав базальтов, андезибазальтов — T(?)–J1f), слагающими
восточное крыло Колотинского покрова.
Современное поступательное движение аллохтонных блоков в северном направлении по надвиговым поверхностям смещения приводит к неустойчивости склонов, обвалам и
осыпям. Именно осыпные процессы
в зонах питания каменных глетчеров
обеспечивают постоянное поступление на их поверхность обломочного
материала. Области сноса грубообломочного материала надежно определяются благодаря высокой контрастности породных комплексов — подводных вулканогенно-осадочных образований циклаурской свиты, терригенно-осадочных отложений нижней
юры и кристаллического фундамента.
Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие
выводы.
1. Сравнительно с началом 60-х годов XX века отмечаются следующие
элементы комплексной трансформации нивальной зоны верховьев долины реки Саджилдон:
• ледник Цазгиу оторвался от своих
притоков, в результате чего его площадь сократилась на 47%, а объем
уменьшился почти в четыре раза;
• ледники-притоки и часть висячих
ледников в области нижней границы нивальной зоны переродились
в каменные глетчеры;
• уменьшение общей площади оледенения вызвало оттаивание многолетнемерзлых пород нивальной
зоны и увеличение скорости их
разрушения, что совместно с ускорением абляции привело к формированию мощной поверхностной
морены;
• процессы дегляциации выразились также в образовании комплекса крупнообломочных рыхлых отложений, неуплотненных и
обладающих высоким коэффициентом фильтрации, что объясняет
практически полное отсутствие
постоянных и временных водотоков на склонах долины.
Следует отметить, что в долине реки Саджилдон не отмечается следов
ледникового воздействия ниже высоты 2350 м, то есть максимальная за
все время протяженность ледника
Цазгиу была около 4 км.
2. Наиболее вероятным местом зарождения ледово-каменных обвалов
журнал
научный67
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
гк-1
(Фото И.М.Васькова, 02.08.2010)
Рис. 7. «Живая» осыпь фронтальной части каменного глетчера (гк-1), состоящая
из обломков вулканитов, скальные выходы которых находятся в зоне питания
является каровый цирк в истоках каменного глетчера № 4. Это предположение согласуется с литологическим
составом обломков, размерами карового ледника, высотой обрамляющих
скальных стен, а также с наличием
сместителей надвигового типа в основании склона.
3. На рассмотренном в статье примере видно, что каменные глетчеры не
являются стабильными источниками
селевой опасности, как это утверждается некоторыми исследователями [9,
10], так как данные рыхлообломочные
образования обладают высоким коэффициентом фильтрации при малых
площадях водосбора (и к тому же на
высотах более 3000 м основная часть
осадков выпадает в твердом виде).
С позиций проведенных оценок степень геоэкологических рисков по изученному объекту на настоящем этапе
исследований можно оценить следующим образом: (1) сокращение объемов
ледников при незначительных колебаниях суммы годовых осадков на высотах более 3000 м может и не иметь катастрофических последствий, так как
уменьшение запасов пресной воды в ледовых телах в некоторой мере компенсируется увеличением ее количества в
рыхлых отложениях; (2) вероятность
возникновения крупномасштабных и
катастрофических экзогенных процессов, выходящих за пределы долины реки Саджилдон, весьма мала в силу особенностей ее морфологии и тектонического режима развития территории.
завальное тело (№1)
флювиогляциальные
отложения
фронт нижнего оползня
сезонное озеро
завальное тело (№2)
флювиогляциальные отложения
(Фото И.М.Васькова, 02.08.2010)
Рис 8. Долина р. Саджилдон с телами завалов, флювиогляциальными
накоплениями перед ними и сезонным озером. По центру снимка фронт оползня,
подмываемый рекой
1. Васьков И.М., Турлов С.А., Валиев А.Л. Последствия Геналдонской
катастрофы 20 сентября 2002 г. —
вчера, сегодня, завтра // Труды Международной научно-практической
конференции «Опасные природные и
техногенные геологические процессы
на горных и предгорных территориях
Северного Кавказа», Владикаказ, 20–
22 сентября 2007 г. Владикавказ, 2008.
С. 122–144.
2. Васьков И.М. Геологические и
морфологические особенности строения долин — генераторов катастрофических ледово-каменных обвалов в
Казбек-Джимарайском горном узле,
Северный Кавказ // Бюллетень
МОИП. Отдел геологии. 2008. Т. 83.
Вып. 2. С. 75–84.
3. Васьков И.М., Гончаров В.И.
Признаки проявления и возможности
прогнозирования природных катастроф в горных районах (на примере
Геналдонской катастрофы 20.09.2002 г.)
// Труды ЮНЦ РАН. Т. 3: Биоразнообразие и трансформация горных экосистем Кавказа. Ростов-на-Дону: Изд-во
ЮНЦ РАН, 2007. С. 11–28.
4. Васьков И.М. Параметрические
характеристики катастрофического обвала в долине ледника Колка // Известия Кабардино-Балкарского научного
центра РАН. Нальчик. 2005. № 1 (13).
С. 73–80.
5. Вилесов Е.Н., Горбунов А.П.,
Морозова В.Н., Северский Э.В. Деградация оледенения и криогенез на современных моренах Северного ТяньШаня // Криосфера Земли. 2006. Т. 10.
№ 1. С. 69–73.
6. Горбунов А.П. Каменные глетчеры мира: общее обозрение (сообщение
1) // Криосфера Земли. 2008. Т. 12. №
2. С. 65–74.
8. Ольховский Г.П., Тибилов С.М.
Составление специализированной геологической основы масштаба 1:50000
для прогнозно-металлогенической
карты Горной Осетии / Отчет. М.: Фонды УПР МПР РФ, по РСО-А, 1998. 578
с., 47 приложений.
9. Тавасиев Р.А. Ледники и каменные глетчеры восточного склона горного массива Саухох Главного водораздельного хребта // Вестник Владикавказского научного центра. 2009. Т. 9.
№ 3. С. 34–40.
10. Тавасиев Р.А. Ледники, каменные глетчеры и озера горы Халаца //
Вестник Владикавказского научного
центра. 2010. Т. 10. № 1. С. 34–42.