Новости
Бугор на пальза-болоте, вид сверху. Вода по бокам – признак таяния мерзлоты
19 апреля 2023
Таяние мерзлоты на Кольском полуострове признали индикатором климатических изменений

Ученые наблюдают таяние многолетней мерзлоты на Кольском полуострове. Это может служить важным индикатором изменения климата и основой для разработки климатических сценариев для Арктики. Для изучения этой проблемы специалисты Карельского научного центра РАН разработали новый способ мониторинга мерзлоты на основе методов дистанционного зондирования и машинного обучения. Он позволяет оценить степень деградации бугристых болот, содержащих области мерзлого торфа. Ученые применили комплексный подход, включающий аэрофотосъемку, георадиолокацию, компьютерное моделирование и описание растительного покрова.
Бугристые болота или пальза (фин. palsa – «торфяной выступ в болоте») – необычные природные объекты. Они представляют собой группы бугров высотой до нескольких метров, которые сформировались из-за криогенного пучения – выдавливания торфа из-за промерзания нижележащих слоев. Такие болота встречаются только в Северном полушарии и относятся к зоне распространения спорадической мерзлоты. Кольский полуостров – северо-восточная граница распространения бугристых болот на территории Фенноскандии. Но в отличие от соседних стран Норвегии, Швеции и Финляндии, где давно ведется мониторинг их состояния, пальза Кольского полуострова изучены гораздо меньше.

Ученые разных стран отмечают, что из-за глобального потепления южная граница основной вечной мерзлоты отодвигается все дальше на север. Поэтому необходима организация мониторинга мерзлоты в разных регионах Арктической зоны. Динамика бугристых болот Кольского полуострова также является важным маркером возможных климатических изменений. По существующим прогнозам, пальза Фенноскандии могут полностью растаять в течение 40–60 лет.

Восполнить пробел в знаниях о состоянии пальза-болот на Кольском полуострове призван научный проект карельских ученых, поддержанный грантом РНФ № 22-77-10055. В рамках исследования специалисты разного профиля разработали комплексный метод изучения этих природных объектов. Результаты его апробации опубликованы в международном журнале Remote Sensing.

– Мы поставили перед собой цель определить, как поверхностные признаки деградации пальза, которые видны в ландшафтных особенностях и составе растительного покрова, соотносятся с внутренним состоянием мерзлоты и гидрологии торфа, – рассказал Павел Рязанцев, руководитель проекта, старший научный сотрудник Отдела комплексных научных исследований КарНЦ РАН.

Участники проекта: Юлия Ткаченко, Павел Рязанцев, Алексей Кабонен и Станислав Кутенков
Участники проекта по исследованию бугристых болот: Юлия Ткаченко, Павел Рязанцев, Алексей Кабонен и Станислав Кутенков

Полевые работы проводились на болоте в Ловозерском районе Мурманской области. Ученые фотографировали и измеряли участки местности с использованием аэрофотосъемки с дрона, описывали растительность на поверхности, «просвечивали» бугры георадаром, вручную бурили скважины и копали почвенные разрезы. Для обработки всего набора данных и получения итоговой классификации поверхности привлекались методы машинного обучения.

Анализ аэрофотоснимков и наземных ботанических описаний позволил разделить поверхность на ландшафтные классы. А георадарные зондирования дополненные скважинами обеспечили представление о внутреннем строении и гидрологии торфяника. Затем эти данные сопоставили между собой с помощью методов машинного обучения. В итоге исследователи смогли определить, как состояние мерзлоты влияет на распределение ландшафтных классов, и как форма и размер бугров связаны с растительность их покрывающей. Если мерзлота деградирует, то это находит своё отражение на поверхности: мхи сменяются на травянистые и кустарничковые сообщества, а в последствие появляются деревья.

Труднодоступность и широкое распространение пальза на Кольском полуострове осложняют оценку всего масштаба их таяния. Поэтому в дальнейшем, после машинного обучения на полученной выборке, система позволит оценивать состояние болот с помощью дистанционных данных, без наземных наблюдений.

Результаты исследований на Ловозерском болоте показали: на сегодняшний день протекание процессов деградации бугров не вызывает сомнения. Хотя ранее российские ученые полагали, что состояние пальза на Кольском полуострове достаточно стабильно.

– Эта оценка делалась на основании годовой толщины активного слоя мерзлоты. Последние же исследования говорят о том, что толщина активного слоя – не показатель, очень важно именно сокращение площади бугров. Особенность пальза в том, что их таяние зачастую происходит спонтанно и очень быстро. В экспедиции на восточном побережье Кольского полуострова мы наблюдали коллапс бугра буквально в реальном времени: его склон обваливался в пруд, образованный из талой воды. Важно успевать отслеживать такие процессы, именно поэтому нужен непрерывный мониторинг, – пояснил Павел Рязанцев.

Процесс стратиграфии торфяных отложений, за работой – почвовед Юлия Ткаченко
Процесс стратиграфии торфяных отложений, за работой – почвовед Юлия Ткаченко

Еще один важный результат исследования: данные георадара показали, что мерзлота внутри бугра не всегда повторяет его форму. Ученые обнаружили ассиметричное расположение мерзлоты в отдельных буграх. Выяснилось, что это связано с накоплением снега на подветренных склонах, и, как следствие, изменением температуры промерзания. Таким образом, авторы подтвердили, что на деградацию бугристых болот влияет не только повышение среднегодовой температуры, наблюдаемое на Кольском полуострове, но и количество осадков.

Таяние мерзлоты – не просто маркет климатических изменений. Как правило, оно сопровождается повышенным выбросом парниковых газов, законсервированных в замерзшем торфе. Эта тема также нуждается в дополнительном изучении. В планах карельских ученых, помимо разработки методики выделения и классификации бугристых болот, – создание системы автоматического мониторинга состояния мерзлоты пальза и их газовым режимом.

– Для ученых пальза – это природная лаборатория или обсерватория, так как циклы их роста и деградации тесно связаны с климатическими факторами. Мы можем изучать состояние бугристых болот и оценивать, как трансформируется мерзлота и как подобные изменения связаны с глобальными климатическими процессами, в Северном полушарии, – подытожил руководитель проекта.

Фото: А. Кабонен / Петрозаводский государственный университет
Пальза, вид сверху. Темные участки – разрушившиеся в результате таяния мерзлоты бугры Ученые исследуют бугор на пальза-болоте

Смотрите также:

Преподаватели КарНЦ РАН и аспиранты первого года обучения
8 июня 2023
Аспиранты КарНЦ РАН успешно сдали кандидатские экзамены

Аспиранты Карельского научного центра РАН первого и второго года обучения успешно сдали кандидатские экзамены по дисциплинам «История и философия науки» и «Иностранный язык (английский язык)» – обязательные испытания при освоении программ подготовки научных и научно-педагогических кадров. Комиссии по сдаче экзамена по иностранному языку отметили высокий уровень подготовки молодых ученых.
Антон Зубов в Гирвасе, где находится один из древнейших в Фенноскандии палеовулканических центров
5 июня 2023
«Все специалисты преданы своему делу!»: магистрант из Витебска Антон Зубов поделился впечатлениями от практики в Карелии

Карельский научный центр РАН развивает взаимодействие с научными и образовательными организациями Беларуси. Одна из форм сотрудничества – участие студентов, аспирантов и молодых ученых в мероприятиях обеих сторон. В частности, в мае КарНЦ РАН принимал для прохождения практической подготовки магистранта Витебского государственного университета им. П.М. Машерова Антона Зубова. Обучаясь по специальности «География», он смог подробнее познакомиться с теоретическими и практическими методами изучения геологии.
Спикеры и слушатели семинара
2 июня 2023
Ученые рассказали об экологических и историко-социологических исследованиях Арктики

Экологические и историко-социологические исследования проводят карельские ученые на территории Арктики. Они изучают состояние Белого моря, последствия антропогенной нагрузки и изменения климата, региональную идентичность населения и восприятие местными жителями новых программ по развитию региона. Этим и другим темам был посвящен II научно-практический семинар «Комплексное развитие арктических территорий: экспертное мнение» в КарНЦ РАН.
1 июня 2023
Ученые проведут экскурсии и мастер-классы для всех желающих на Дне палеовулкана в Гирвасе

Ученые приглашают жителей и гостей Карелии 11 июня на День палеовулкана в поселке Гирвас Кондопожского района. Уже второй раз его совместно организуют Институт геологии КарНЦ РАН и парк «Палеовулкан Гирвас». Исследователи покажут участникам следы катастрофических извержений, происходивших на этой территории два миллиарда лет назад, научат определять минералы и покажут, как выглядят камни под микроскопом.
Научно-исследовательское судно «Эколог» открыло новый сезон
27 мая 2023
Исследователи изучают донные осадки Онежского озера

Научно-исследовательское судно «Эколог» открыло новый экспедиционный сезон. Первый выход в Онежское озеро совершили сотрудники Института водных проблем Севера КарНЦ РАН. Ученые отобрали пробы донных отложений и воды практически во всех районах озера. Теперь образцы предстоит проанализировать в лабораториях. Результаты исследования донных осадков позволят оценить современное состояние водоема.