Сток наносов на малом приледниковом водосборе (остров Кинг Джордж (Ватерлоо), Антарктика)

Глобальные климатические изменения наиболее значимо повлияли на приполярные регионы. Повышение температуры воздуха стимулировало таяние ледников в Арктике и Антарктике, что способствовало изменениям в формировании стока воды и наносов. Однако количественных оценок особенностей перераспределения наносов в приледниковых водосборах приполярных регионов крайне мало. Особенности стока воды и наносов исследованы в пределах водосбора ручья Корабельный, расположенного на полуострове Файлдс в Антарктиде рядом с ледниковым куполом Беллинсгаузен. Основная цель исследования состояла в изучении условий формирования стока воды и наносов и выявлении долевого вклада в сток наносов ручья продуктов смыва и размыва, поступающих с приледниковой и внеледниковой частей его водосбора. Набор методов и подходов, включая: а) оценки индекса связности потоков наносов; б) метод поиска питающих провинций; в) гидрометеорологические наблюдения; г) крупномасштабную геоморфологическую съемку, был использован для выявления условий формирования поверхностного стока и смыва, механизмов перераспределения наносов в различных звеньях флювиальной сети и количественной оценки соотношения долевого вклада различных источников наносов в сток наносов ручья. Для проведения геохимических и спектрометрических анализов почв и отложений использовалась фракция с размером частиц ≤63 мкм. Всего было проанализировано содержание в общей сложности 34 элементов: 6 радиоизотопов, а также 28 стабильных элементов. Установлено, что, несмотря на существенные различия в строении рельефа приледниковой и внеледниковой частей водосбора, индексы связности потоков наносов достаточно близки и составляют –1,35 и –1,79 соответственно. Значительная часть материала, транспортируемого временными потоками со склонов водосбора, переоткладывается в понижениях рельефа, частично занятых водоемами. Основной объем наносов, составляющий не менее 60–66% от суммарного стока наносов, в замыкающем створе ручья Корабельного поступает с приледниковой части водосбора. Это связано с повышенными относительно внеледниковой части водосбора расходами воды, формирующимися за счет таяния снега и льда, накапливающихся на ледниковом куполе, высокой размываемостью моренных отложений, не защищенных растительным покровом, и наличием ледяного ядра в моренах, которое препятствует фильтрации воды.

1. Абакумов Е.В., Андреев М.П. Температурный режим гумусовых почв острова Кинг-Джордж, Западная Антарктика // Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2011. Вып. 2. С. 129–133.

2. Beel C.R., Lamoureux S.F., Orwin J.F. Fluvial response to a period of hydrometeorological change and landscape disturbance in the Canadian High Arctic, Geophysical Research Letters, 2018, vol. 45, p. 10446–10455, DOI: 10.1029/2018GL079660.

3. Borselli L., Cassi P., Torri D. Prolegomena to sediment and flow connectivity in the landscape: A GIS and field numerical assessment, Сatena, 2008, vol. 75, p. 268–277, DOI: 10.1016/j.catena.2008.07.006.

4. Braun M., Simões J.C., Vogt S. et al. An improved topographic database for King George Island: compilation, application and outlook, Antarctic Science, 2001, vol. 13, no. 1, p. 41–52.

5. Cavalli M., Trevisani S., Comiti F. et al. Geomorphometric assessment of spatial sediment connectivity in small Alpine catchments, Geomorphology, 2013, vol. 188, p. 31– 41, DOI: 10.1016/j.geomorph.2012.05.007.

6. Chinarro D. System Engineering Applied to Fuenmayor Karst Aquifer (San Julián de Banzo, Huesca) and Colins Glacier (King George lsland, Antarctica), Doctoral Thesis accepted by the University of Zaragoza, Spain, 2014, ХХ, 161 р.

7. Collins A., Walling D.E., Leeks G.J.L. Composite fingerprinting of the spatial source of fluvial suspended sediment: a case study of the Exe and Severn River basins, United Kingdom, Géomorphologie: relief, processus, environnement, 1996, no. 2, p. 41–53.

8. Coulthard T.J., Van De Wiel M. Modelling long term basin scale sediment connectivity, driven by spatial land use changes, Geomorphology, 2017, vol. 277, p. 265–281, DOI: 10.1016/j.geomorph.2016.05.027.

9. Gaspar L., Quijano, L., Lizaga, I. et al. Effects of land use on soil organic and inorganic C and N at 137Cs traced erosional and depositional sites in mountain agroecosystems, Catena, 2019, vol. 181, DOI: 10.1016/j.catena.2019.05.004.

10. Haddadchi A., Ryder D.S., Evrard O. et al. Sediment fingerprinting in fluvial systems: review of tracers, sediment sources and mixing models, Int. J. Sediment Res., 2013, vol. 28, p. 560–578.

11. Hodgkins R., Cooper R., Wadham J. et al. Suspended sediment fluxes in a high-Arctic glacierised catchment: implications for fluvial sediment storage, Sediment Geol., 2003, vol. 162, p. 105–117.

12. Hodson A., Gurnell A., Tranter M. et al. Suspended sediment yield and transfer processes in a small high-artic glacier basin, Svalbard, Hydrol. Process., 1998, vol. 12, p. 73–86.

13. Howat I., Porter C., Noh M.-J. et al. The Reference Elevation Model of Antarctica – Mosaics, Version 2, 2022, DOI: 10.7910/DVN/EBW8UC, Harvard Dataverse, V1.

14. Kavan J., Ondruch J., Nývlt D. et al. Seasonal hydrological and suspended sediment transport dynamics in proglacial streams, James Ross Island, Antarctica, Geografiska Annaler. Series A. Physical Geography, 2017, vol. 99, no. 1, p. 38–55, DOI: 10.1080/04353676.2016.1257914.

15. Koiter A.J., Owens P.N., Petticrew E.L. et al. The behavioural characteristics of sediment properties and their implications for sediment fingerprinting as an approach for identifying sediment sources in river basins, Earth Sci. Rev., 2013, vol. 125, p. 24–42.

16. Lizaga I., Latorre B., Gaspar L. et al. FingerPro: an R package for tracking the provenance of sediment, Water Resources Management, 2020, vol. 34, no. 12, p. 3879–3894.

17. Mokhov I.I., Parfenova M.R. Relationship of the extent of Antarctic and Arctic ice with temperature changes, 1979– 2020, Dokl. Earth Sci., 2021, vol. 496, no. 1, р. 66–71.

18. Navas A., Machín J. Spatial distribution of heavy metals and arsenic in soils of Aragón (northeast Spain): Controlling factors and environmental implications, Applied Geochemistry, 2002, vol. 17, p. 961–973.

19. Owens P.N., Blake W.H., Gaspar L. et al. Fingerprinting and tracing the sources of soils and sediments: Earth and ocean science, geoarchaeological, forensic, and human health applications, Earth Sci. Rev., 2016, vol. 162, p. 1–23, DOI: 10.1016/j.earscirev.2016.08.012.

20. Rosa K.K., Vieira R., Borges G. et al. Meltwater drainage and sediment transport in a small glaciarized basin, Wanda glacier, King George Island, Antarctica, Geociências, 2014, vol. 33, p. 181–191.

21. Smellie J.L., Pankhurst R., Thomson M. et al. The geology of the South Shetland Islands: VI. Stratigraphy, Geochemistry and Evolution, Br. Antarct. Surv. Sci. Rep., 1984, no. 87, 85 p.

22. Syvitski J.P.M. Sediment discharge variability in Arctic rivers: implications for a warmer future, Polar Research, 2002, vol. 21, no. 2, p. 323–330, DOI: 10.3402/polar.v21i2.6494.

23. Turner J., Marshall G.J., Clem K. et al. Antarctic temperature variability and change from station data, International Journal of Climatology, 2019, vol. 40, p. 2986–3007, DOI: 10.1002/joc.6378.