Темпы денудации в перигляциальных областях высокогорий: методы и результаты исследований

Перигляциальные области в горах характеризуются наиболее высокими темпами процессов денудации, что обусловлено активным физическим выветриванием, значительными уклонами и низким проективным покрытием растительности на поверхности склонов, характерными для этих областей. Ускоренное расширение перигляциальных областей, которое происходит в последние десятилетия, объясняется климатическими изменениями, способствующими таянию горных ледников. Совершенствование методической базы для изучения процессов трансформации рельефа, темпов различных экзогенных процессов и особенностей перераспределения материала по пути транспортировки наносов со склонов в днища долин постоянных водотоков повлекли резкий рост исследований по количественной оценке пространственно-временных изменений рельефа перигляциальной зоны в горах. В статье рассматриваются различные традиционные и современные методы и подходы к изучению рельефа перигляциальной зоны и его изменений. Они подразделены на две группы: методы стационарных и полустационарных наблюдений за экзогенными процессами и методы исследования перераспределения наносов на водосборах. Внутри каждой группы методов выделены различные направления, особое внимание уделено новейшим технологиям. Обобщены результаты наблюдений за темпами различных экзогенных процессов, происходящих в перигляциальной зоне. Показано, что интенсивность обвально-осыпных процессов зависит от литологии пород и частоты внутрисуточных переходов температуры воздуха через ноль градусов и изменяется в интервале от 0.02 до 1.6 мм/год. Лавинная абразия достигает 40–70 мм/год, что в пересчете на площадь склонового водосбора, в пределах которого сходят лавины, соответствует темпам денудации 0.01–0.05 мм/год в зависимости от снежности года. Максимальная интенсивность смыва характерна для склонов, сложенных мореной, где она достигает 100 мм/год в первые годы после таяния ледника, а через 50 лет замедляется до 7–10 мм/год. Основная часть наносов доставляется со склонов в днища долин при эпизодически формирующихся селях.

1. Тимофеев Д.А., Втюрина Е.А. Терминология перигляциальной геоморфологии. М.: Наука, 1983. 232 с.

2. Carrivick J.L., Heckmann T., Fischer M., and Davies B. An inventory of proglacial systems in Austria, Switzerland and across Patagonia. T. Heckmann and D. Morche (Eds.). Geomorphology of proglacial systems. Landform and sediment dynamics in recently deglaciated alpine landscapes. Springer, 2018. P. 43–57.

3. Porter P.R., Smart M.J., and Irvine-Fynn T.D.L. Glacial sediment stores and their reworking. T. Heckmann and D. Morche (Eds.). Geomorphology of proglacial systems. Landform and sediment dynamics in recently deglaciated alpine landscapes. Springer, 2018. P. 157–176.

4. Church M. and Ryder J. Paraglacial sedimentation: a consideration of fluvial processes conditioned by glaciation. GSA Bulletin. 1972. Vol. 83. No. 10. P. 3059–3072.

5. Ballantyne C.K. A general model of paraglacial landscape response. Holocene. 2002. No. 12. P. 371–376.

6. Ballantyne C.K. Paraglacial geomorphology. Quaternary Science Reviews. 2002. No. 21. P. 1935–2017.

7. Ананьев Г.С. Стационарные исследования геоморфологических процессов на территории бывшего СССР // Геоморфология. 1992. № 4. С. 33–41.

8. Никулин Ф.В., Хмелева Н.В., Шевченко Б.Ф. Об изучении движения осыпи фотограмметрическим методом // Геоморфология. 1971. № 1. С. 103–110.

9. Хмелева Н.В., Шевченко Б.Ф. Результаты 25-летних наблюдений осыпи в долине р. Жоэквара (Абхазия) // Геоморфология. 1992. № 1. С. 96–102.

10. Cameron N. Arduino Applied. Apress. 2019. 552 p. https://www.apress.com/gp/book/9781484239599

11. Титова З.А. Роль плоскостного смыва и регрессивной эрозии в рельефообразовании степного Забайкалья // Региональная геоморфология Сибири. Иркутск: Ин-т географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР, 1973. С. 3–19.

12. Клюкин А.А., Толстых Е.А. Методика и первые результаты стационарных наблюдений за скоростью денудации известняковых обрывов в Горном Крыму // Геоморфология. 1973. № 4. С. 43–50.

13. Goudie A. Geomorphological techniques. 2nd edition. Routledge, 1990. 709 p.

14. Антонов С.И., Голосов В.Н. Особенности использования балансового подхода при стационарных исследованиях современных геоморфологических процессов в речном бассейне // Геоморфология. 1994. № 2. С. 63–71.

15. Smith H.T.U. Aerial photographs in geomorphic studies. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. 1942. Vol. 8. No. 2. P. 129–155.

16. Азбукина Е.Н. Дешифрирование аэрофотоснимков для геоморфологических исследований. Л.: ЛГУ, 1969. 64 с.

17. McDowell P.F. Geomorphology in the late twentieth century. Shroder J., Orme A.R., Sack D. (Eds.). Treatise on geomorphology. San Diego, CA: Academic Press, 2013. Vol. 1. The foundations of geomorphology. P. 108–123.

18. Hughes M., McDowell P.F., and Marcus W. Accuracy assessment of georectified aerial photographs: Implications for measuring lateral channel movement in a GIS. Geomorphology. 2006. Vol. 74. No. 1. P. 1–16.

19. Kääb A. Monitoring high-mountain terrain deformation from repeated air-and spaceborne optical data: examples using digital aerial imagery and ASTER data // ISPRS Journal of Photogrammetry and remote sensing. 2002. Vol. 57. No. 1–2. P. 39–52.

20. Paine D.P. and Kiser J.D. Aerial photography and image interpretation. 3rd edition. Hoboken: John Wiley & Sons, 2012. P .656.

21. Kääb A., Haeberli W., and Gudmundsson G.H. Analyzing the creep of mountain permafrost using high precision aerial photogrammetry: 25 years of monitoring Gruben roch glacier, Swiss Alps. Permafrost and Periglacial Processes. 1997. Vol. 8. No. 4. P. 409–426.

22. Delaloye R., Lambiel C., Lugon R., Raetzo H., and Strozzi T. ERS InSAR for detecting slope movement in a periglacial mountain environment (western Valais Alps, Switzerland). Proceedings HMRSC-IX, Grazer Schriften der Geographie und Raumforschung. 2007. Vol. 43. P. 113–120.

23. Teshebaeva K., Echtler H., Bookhagen B., and Strecker M. Deep-seated gravitational slope deformation (DSGSD) and slow-moving landslides in the southern Tien Shan Mountains: new insights from InSAR, tectonic and geomorphic analysis. Earth surface processes and landforms. 2019. Vol. 44. No. 12. P. 2333–2348.

24. Barboux C., Delaloye R., and Lambiel C. Inventorying slope movements in an Alpine environment using DInSAR. Earth surface processes and landforms. 2014. Vol. 39. No. 15. P. 2087–2099.

25. Barboux C., Delaloye R., Lambiel C., Strozzi T., Collet C., and Raetzo H. Surveying the activity of permafrost landforms in the Valais Alps with InSAR. Jahrestagung der Schweizerischen Geomorphologischen Gesellschaft. 2013. P. 7–19.

26. Smith L.C., Alsdorf D.E., Magilligan F.J., Gomez B., Mertes L.A., Smith N.D., and Garvin J.B. Estimation of erosion, deposition, and net volumetric change caused by the 1996 Skeiðarársandur jökulhlaup, Iceland, from synthetic aperture radar interferometry. Water Resour. Res. 2000. No. 36. P. 1583–1594.

27. Gomez B., Russell A.J., Smith L.C., and Knudsen O. Erosion and deposition in the proglacial zone: the 1996 jökulhlaup on Skeidarársandur, southeast Iceland. The Extremes of the Extremes: Extraordinary Floods. IAHS Publication. 2002. Vol. 271. P. 217–221.

28. Strozzi T., Kääb A., and Frauenfelder R. Detecting and quantifying mountain permafrost creep from in situ inventory, space-borne radar interferometry and airborne digital photogrammetry. International Journal of Remote Sensing. 2004. No. 25. P. 2919–2931.

29. Eriksen H.Ø., Lauknes T.R., Larsen Y., Dehls J.F., Grydeland T., and Bunkholt H. Satellite and Ground- Based Interferometric Radar Observations of an active rockslide in Northern Norway. Engineering geology for society and territory. 2015. Vol. 5. P. 167–170.

30. Baewert H., Rascher E., and Morche D. Detecting surface changes of glaciofluvial deposits in an alpine proglacial area using terrestrial laser scanning. EGU General Assembly Conference Abstracts. 2013. Vol. 15. P. 9925.

31. Heckmann T., Haas F., Morche D., Schmidt K., Rohn J., Moser M., Leopold M., Kuhn M., Briese C., Pfeifer N., and Becht M. Investigating an Alpine proglacial sediment budget using field measurements, airborne and terrestrial LiDAR data. IAHS Publication. 2012. Vol. 356. P. 438–447.

32. Fonstad M.A., Dietrich J.T., Courville B.C., Jensen J.L., and Carbonneau P.E. Topographic structure from motion: a new development in photogrammetric measurement. Earth surface processes and landforms. 2013. Vol. 38. No. 4. P. 421–430.

33. Wang D. and Kääb A. Modeling glacier elevation change from DEM time series. Remote Sensing. 2015. Vol. 7. No. 8. P. 10117–10142.

34. Schiefer E. and Gilbert R. Reconstructing morphometric change in a proglacial landscape using historical aerial photography and automated DEM generation. Geomorphology. 2007. Vol. 88. No. 1–2. P. 167–178.

35. Трофимов А.М. Математическое моделирование в геоморфологии склонов. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1983. 218 с.

36. Schindewolf M., Kaiser A., Neugirg F., Richter C., Haas F., and Schmidt J. Seasonal erosion patterns under alpine conditions: benefits and challenges of a novel approach in physically based soil erosion modeling // Zeitschrift für Geomorphologie, Supplementary Issues. 2016. Vol. 60. No. 1. P. 109–123.

37. Heckmann T. Hilger L., Vehling L., and Becht M. Integrating field measurements, a geomorphological map and stochastic modelling to estimate the spatially distributed rockfall sediment budget of the Upper Kaunertal, Austrian Central Alps. Geomorphology. 2016. Vol. 260. P. 16–31.

38. Cavalli M., Trevisani S., Comiti F., and Marchi L. Geomorphometric assessment of spatial sediment connectivity in small Alpine catchments. Geomorphology. 2013. Vol. 188. P. 31–41.

39. Micheletti N., Lambiel C., and Lane S.N. Investigating decadal-scale geomorphic dynamics in an alpine mountain setting. Geophysical Research: Earth Surface. 2015. Vol. 120. P. 2155–2175.

40. Rainato R., Picco L., Cavalli M., Mao L., Neverman A., and Tarolli P. Coupling climate conditions, sediment sources and sediment transport in an alpine basin. Land degradation and development. 2018. Vol. 29. No. 4. P. 1154–1166.

41. Ewertowski M.W., Tomczyk A.M., Evans D.J.A., Roberts D.H., and Ewertowski W. Operational framework for rapid, very-high resolution mapping of glacial geomorphology using low-cost unmanned aerial vehicles and structure-from-motion approach. Remote Sensing. Vol. 11. P. 65.

42. Hilger L. Quantification and regionalization of geomorphic processes using spatial models and high-resolution topographic data: a sediment budget of the Upper Kauner Valley, Ötztal Alps. Doctoral Dissertation Cath. University of Eichstaett-Ingolstadt. 2017. P. 278. https://opus4.kobv.de/opus4-ku-eichs-taett/files/381/fertig_pdf_a-1b.pdf

43. Messenzehl K., Hoffmann T., and Dikau R. Sediment connectivity in the high-alpine valley of Val Muschauns, Swiss National Park – linking geomorphic field mapping with geomorphometric modelling. Geomorphology. 2014. Vol. 221. P. 215–229.

44. Theler D., Reynard E., Lambiel C., and Bardou E. The contribution of geomorphological mapping to sediment transfer evaluation in small alpine catchments. Geomorphology. 2010. Vol. 124. No. 3–4. P. 113–123.

45. Laute K. and Beylich A.A. Environmental controls, rates and mass transfers of contemporary hillslope processes in the headwaters of two glacier-connected drainage basins in western Norway. Geomorphology. 2014. Vol. 216. P. 93–113.

46. Ardelean A.C., Onaca A., Urdea P., and Sărășan A. Quantifying postglacial sediment storage and denudation rates in a small alpine catchment of the Făgăraș Mountains (Romania). Science of the Total Environment. 2017. Vol. 599. P. 1756–1767.

47. Geilhausen M., Otto J.C., and Schrott L. Spatial distribution of sediment storage types in two glacier landsystems (Pasterze and Obersulzbachkees, Hohe Tauern, Austria). Journal of Maps. 2012. Vol. 8. No. 3. P 242–259.

48. Vehling L., Rohn J., and Moser M. Rockfall at Proglacial Rockwalls – A Case Study from the Kaunertal, Austria. Geomorphology of Proglacial Systems. Springer, 2019. P. 143–156.

49. Голосов В.Н., Панин А.В. Осыпные процессы на склонах оврагов в низкогорной зоне Западного Тянь-Шаня // Геоморфология. 1988. № 3. С. 46–50.

50. Moore J.R., Sanders J.W., Dietrich W.E., and Glaser S.D. Influence of rock mass strength on the erosion rate of alpine cliffs. Earth surface processes and landforms. 2009. Vol. 34. P. 1339–1352.

51. Matsuoka N. and Sakai H. Rockfall activity from an alpine cliff during thawing periods. Geomorphology. 1999. Vol. 28. P. 309–328.

52. Hales T.C. and Roering J.J. Climatic controls on frost cracking and implications for the evolution of bedrock landscapes. Geophysical Research. 2007. Vol. 112. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2006JF000616

53. Sass O., Hoinkis R., and Wetzel K.F. A six-year record of debris transport by avalanches on a wildfire slope (Arnspitze, Tyrol). Geomorphology. 2010. Vol. 54. P. 181–193.

54. Moore J.R., Egloff J., Nagelisen J., Hunziker M., Aerne U., and Christen M. Sediment transport and bedrock erosion by wet snow avalanches in the Guggigraben, Matter Valley, Switzerland. Arctic, Antarctic, and Alpine research. 2013. Vol. 45. P. 350–362.

55. Dusik J., Neugirg F., and Haas F. Slope wash, gully erosion and debris flows on lateral moraines in the Upper Kaunertal, Austria. T. Heckmann and D. Morche (Eds.). Landform and sediment dynamics in recently deglaciated Alpine landscapes. Springer, 2018. P. 177–198.

56. Curry A.M., Cleasby V., and Zukowskyj P. Paraglacial response of steep, sediment-mantled slopes to post-‘Little Ice Age’ glacier recession in the central Swiss Alps. Quaternary Science Reviews. 2006. Vol. 12. No. 3. P. 211–225.

57. Curry A.M. Paraglacial modification of slope form. Earth surface processes and landforms. 1999. Vol. 24. P. 1213–1228.

58. Tsyplenkov A., Vanmaercke M., Chalov S., and Golosov V. Suspended sediment budget and intra-event sediment dynamics of a small glaciated mountainous catchment in the Northern Caucasus. Journal of Soils and Sediments. 2020. Vol. 20. P. 3266–3281. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02633-z

59. Ажигиров А.А., Голосов В.Н. Оценка медленного смещения почвенно-грунтовых масс при инженерно-географических исследованиях // Геоморфология. 1990. № 1. С. 33–40.

60. Gorbunov A.P. and Seversky E.V. Solifluction in the mountains of Central Asia: distribution, morphology, processes. Permafrost and periglacial processes. 1999. Vol. 10. P. 81–89.

61. Matsuoka N. Solifluction and mudflow on a limestone periglacial slope in the Swiss Alps: 14 years of monitoring // Permafrost and periglacial processes. 2010. Vol. 21. P. 219–240.

62. Beylich A.A. Geomorphology, sediment budget, and relief development in Austdalur, Austfirðir, East Iceland. Arctic, Antarctic, and Alpine research. 2000. Vol. 32. No. 4. P. 466–477.

63. Beylich A.A. and Laute K. Sediment sources, spatiotemporal variability and rates of fluvial bedload transport in glacier-connected steep mountain valleys in western Norway (Erdalen and Bødalen drainage basins). Geomorphology. 2015. Vol. 228. P. 552–567.

64. Fryirs K. and Brierley G.J. Variability in sediment delivery and storage along river courses in Bega catchment, NSW, Australia: implications for geomorphic river recovery // Geomorphology. 2001. Vol. 38. P. 237–265.

65. Heckmann T. and Vericat D. Computing spatially distributed sediment delivery ratios: inferring functional sediment connectivity from repeat high-resolution Digital Elevation. Earth surface processes and landforms. 2018. Vol. 43. P. 1547–1554.

66. Walling D.E. The sediment delivery problem. Hydrobiology. 1983. Vol. 65. P. 209–237.

67. Голосов В.Н. Количественная оценка перераспределения наносов в верхних звеньях флювиальной сети: достижения и проблемы // Геоморфология. 2008. № 3. С. 29–37.

68. Borselli L., Cassi P., and Torri D. Prolegomena to sediment and flow connectivity in the landscape: a GIS and field numerical assessment. Catena. 2008. Vol. 75. P. 268–277. https://doi.org/10.1016/j.catena.2008.07.006

69. Heckmann T., Schwanghart W. Geomorphic coupling and sediment connectivity in an alpine catchment – exploring sediment cascades using graph theory. Geomorphology. 2013. Vol. 182. P. 89–103.

70. Warburton J. An alpine proglacial fluvial sediment budget. Geografiska Annaler. Series A. 1990. Vol. 72. No. 3–4. P. 261–272.